Seminar: Neue Entwicklungen auf den Energiemärkten Power to heat in Haushalten Christian Wengert 16.04.2015 Betreuung: Prof. Dipl.-Ing. Andreas Grübel P2H in Haushalten 1
Problematik Sinkende Einspeisevergütung Volatilität der Photovoltaik Thermische Speicherung als eine wirtschaftliche Lösung? P2H in Haushalten 2
Gliederung 0) Problematik I) Systemüberblick E-Heat-Modul Modell II) Wirtschaftlichkeitsanalyse Statische Investitionsrechnung Dynamische Investitionsrechnung Ergebnisse Fazit P2H in Haushalten 3
I) Systemüberblick P2H in Haushalten 4
Maße: 600x550x230mm E-Heat-Modul - Systemkosten für Gesamtpaket: 4200 - Verkaufsstart 2015 P2H in Haushalten 5
Modell EFH Baujahr 2007 PV-Anlage Betriebsstart April 2015 Bewohner 4 Stromverbrauch SLP 4400 kwh/a Leistung Ausrichtung 10 kw p 30 Süd Wärmenergieb. 12200 kwh/a Stromertrag 8660 kwh/a Zusatzfeuerung Öl/Gas P2H in Haushalten 6
Modell Speicher+E-Heat Betriebsstart 2015 Leistung Inhalt Kapazität Art 8.8 kw el 1000 l 61,5 kwh Schichtspeicher P2H in Haushalten 7
Modell Wechselstrom aus PV-Anlage Eigenverbrauch SLP MAX Ggfs. Netzeinspeisung E-Heat Modul MAX Speicher Warmwasser Heizenergie Verläufe in stündlicher Auflösung modelliert Speichermodell programmiert in Matlab P2H in Haushalten 8
II) Wirtschaftlichkeitsanalyse P2H in Haushalten 9
Modellierungsergebnisse Eingesparte Energie durch E-Heat PV-Einspeisung (Überschüsse nach E-Heat) Externe Deckung an Heizenergie 3324 kwh/a 2960 kwh/a 8870 kwh/a Eigenverbrauchsanteil mit E-Heat 65% (!) EEG-Potential (nach Eigenverbrauch) Eingesparte Kosten bei Ölfeuerung Eingesparte Kosten bei Gasfeuerung EEG-Vergütung (nach E-Heat) Zusätzliche Feuerungskosten Öl Zusätzliche Feuerungskosten Gas Annahmen: Ölpreis 5,84 ct/kwh 1) Gaspreis: 6,52 ct/kwh 1) Alle Angaben für 2015 1) Nach Februarsmeldung von de.statista.com 838 /a 217 /a 194 /a 379 /a -545 /a -608 /a P2H in Haushalten 10
Szenarien 1. PV-Anlage mit reiner EEG-Vergütung 2. PV-Anlage mit E-Heat-Modul 3. PV-Anlage mit E-Heat-Modul + EEG-Vergütung Eingang in die Szenarien finden: - Investitionskosten für PV-Anlage und ggfs. E-Heat-Modul - Kosten für die Zusatzfeuerung - Erträge durch intern gedeckte Heizenergie - Ggfs. Erträge aus der EEG-Vergütung - Betrachtung des Gesamtsystems aus PV-Ertrag und Brennstoffkosten der Wärmebereitstellung P2H in Haushalten 11
Erlöse und Kosten [ ] Statische Investitionsrechnung Pay-back-Rechnung - Bezugszeitpunkt: 2015 - Annahmen: - Laufzeit: 20 a - PV-Investition: 15000 1) - E-Heat-Investition: 4200 - EEG-Vergütung April 2015: 12,85 ct/kwh 2) Zeit 1) Richtwert Bundesverband f. Solarwirtschaft, 2015 2) Bundesnetzagentur.de, Meldung für April 2015 P2H in Haushalten 12
Dynamische Investitionsrechnung EEG interne Erträge Brennstoffkosten Investitionskosten Zeit Annuitätenmethode - Bezugszeitpunkt: 2015 - Annahmen: - Laufzeit: 20 a - Effektiver Zinssatz: 4 % +/-2 % - Kostensteigerungsrate Öl: 6 % +/-3 % - Kostensteigerungsrate Gas: 3 % +/-1.5 % - Investitionen: wie vorangegangen P2H in Haushalten 13
Ergebnisse 1. Szenario: PV-Anlage mit EEG-Vergütung Statische Amortisation mit Ölfeuerung Statische Amortisation mit Gasfeuerung Annuität mit Ölfeuerung Annuität mit Gasfeuerung -2330,6 /a** -1925,2 /a** 169.5 a* >1000 a* -1320 /a -3850 /a -1680 /a -2760 /a * Ohne Brennstoffkosten: stat. Amortisation in 17,89 a ** Ohne Brennstoffkosten: Annuität von -265.6 /a P2H in Haushalten 14
Ergebnisse 2. Szenario: PV-Neuanlage mit E-Heat-Modul Statische Amortisation mit Ölfeuerung Statische Amortisation mit Gasfeuerung Annuität mit Ölfeuerung Annuität mit Gasfeuerung -2393,4 /a -2200,9 /a 39,4 a 43,0 a -1760 /a -3280 /a -1740 /a -2760 /a P2H in Haushalten 15
Ergebnisse 3. Szenario: PV-Neuanlage mit E-Heat-Modul + EEG-Vergütung Statische Amortisation mit Ölfeuerung Statische Amortisation mit Gasfeuerung Annuität mit Ölfeuerung Annuität mit Gasfeuerung -2013,8 /a -1821,3 /a 23,3 a 23,2 a -1400 /a -2900 /a -1360 /a -2380 /a P2H in Haushalten 16
Kosten in /a Jahreskosten im Vergleich 3000 2500 2000 2330,6 1925,2 2393,4 2200,9 2013,8 1821,3 2065 1659,6 1500 1000 500 0 P2H in Haushalten 17
Kosten in /a Jahreskosten im Vergleich 2500 2000 1500 1000 2065 1659,6 1289,7 1097,2 500 0 Paritätspreis bei Stromverkauf ohne E-Heat: - Ölfeuerung: 2,96 ct/kwh - Gasfeuerung: 3,34 ct/kwh Statisch im Bezugsjahr 2015 P2H in Haushalten 18
Fazit Limitierte Aussage über Wirtschaftlichkeit des Systems für PV- Neuanlagen Modellschwächen - Variabilität durch Bewohnerverhalten - Betrachtungszeitraum - Turbulenz der Energiemärkte Deutliche Rentabilität lediglich bei PV-Altanlagen falls keine andere Absatzmöglichkeit Selbst ohne Lastmanagement kann hoher Eigenverbrauchsanteil erreicht werden Stichwort: Primärenergiemarkt P2H in Haushalten 19
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Übersicht P2H in Haushalten 21
Modellierungsparameter Speicherinhalt 1000 l Bewohner 4 Temperaturrange 53 K BJ EFH 2007 Max. Speichertemp. 70 C Beheizte Fläche 140 m² Umwandlungswirkungsgrade 95% Speicherverluste keine PV-Installationskosten 1,5 /kw p Lebenszeit (Vollast) > 5000h Urlaub 3 Juliwochen Tagessoll 20 C Ölkosten 5,84 ct/kwh Tagesmax. 24 C Gaskosten 6,52 ct/kwh Nachtabsenkung 18 C Software Strom: Wärme: Speichermodell: Hottgenroth PV-Simulation Steinborn BHKW-Plan Matlab P2H in Haushalten 22
Modellierungsparameter P2H in Haushalten 23
Speicherkostenvergleich Nutzbare th. Speicherkapazität: ~ 5 kwh/mwh PV-Leistung: 2,27 kw/mwh Quelle: http://volker-quaschning.de/artikel/2013-06-dimensionierung-pv-speicher/bild2a.png P2H in Haushalten 24