Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern

Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern Solarenergie-Förderverein Deutschland e.v. (SFV) Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck (Geschäftsführer SFV) Mitwirkung der Professoren. Eberhard Waffenschmidt (Elektrische Netze, FH Köln) Ingo Stadler (Erneuerbare Energie u. Energiewirtschaft, FH Köln) Volker Quaschning (Regenerative Energiesysteme, HTW Berlin), sowie Herrn Michael Brod und Herrn Klaus Köln (UfE GmbH) 1

100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Strategische Reserve: Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Strategische Reserve: EE-Methan Dezentrale BHKW- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Strategische Reserve: EE-Methan und EE-Methanol EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale BHKW- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

Start??? Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne Die drei vorausgehenden Stufen werden im folgenden erläutert

Leistung 40 GW Lastkurve Uhrzeit 10

Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 11

Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 12

Leistung 40 GW Residuallast z.b. um 12:00 Uhr Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 13

Leistung 40 GW Residuallast z.b. um 15:00 Uhr Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 14

Leistung 40 GW Lastkurve Residuallast z.b. um 18:00 Uhr 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 15

Leistung 40 GW Residuallast z.b. um 12:00 Uhr Lastkurve Residuallast z.b. um 03:00 Uhr Residuallast z.b. um 18:00 Uhr 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 22

Leistung 40 GW Lastkurve Geringe Anforderungen an Regelbarkeit der konventionellen Kraftwerke Residuallast ungefähr gleich 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 23

Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Solar 2011 Uhrzeit 24

Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Uhrzeit 25

Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 26

Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 27

Leistung Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke Lastkurve Ca. 50 GW Ungepufferte PV-Leistung Abregelbare Kraftwerksleistung Uhrzeit 28

Leistung Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung ( Mindestleistung ) Ungepufferte PV-Leistung Abregelbare *) Kraftwerksleistung *) Aus didaktischen Gründen umgekehrte Reihenfolge Uhrzeit 29

Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung abgeregelt Uhrzeit 30

Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 31

Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung PV wird abgeregelt Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 32

Lastkurve 35

Lastkurve 36

Lastkurve 37

Lastkurve 38

Lastkurve 39

Lastkurve 40

Lastkurve Vorbehalten ausschließlich für nicht abregelbare Kraftwerke 41

Lastkurve Es sind Grundlastkraftwerke, die sich nicht völlig abregeln lassen 42

Leistung 80 GW Jahres Lastkurve vereinfacht 40 GW Winter Frühjahr Sommer Herbst 43

Leistung 80 GW Jahres Lastkurve vereinfacht 40 GW Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 44

Leistung 80 GW Jahres Lastkurve vereinfacht 40 GW Mittellast Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 45

Leistung 80 GW Spitzenlast 40 GW Mittellast Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 46

Leistung 80 GW Spitzenlast 40 GW Mittellast Grundlast Nicht abregelbarer Teil der Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 47

1. Forderung Zahl der nicht abregelbaren Kraftwerke vermindern 48

Quelle: 49

GasTurbinen Kraftwerk Gas- und Dampfturbinen- Kraftwerk Quelle: 50

Maßnahme 1 Lastkurve Grenze zum verbotenen Bereich 51

Maßnahme 1 Lastkurve Grundlastkraftwerke zurückdrängen Ihre Mindestleistung vermindern Laständerungsgradient erhöhen 52

Maßnahme 1 Lastkurve Grundlastkraftwerke zurückdrängen 53

Aufgabe für PV-Anlagen: Leistungsgradient vermindern Erzeugungsspitze vermindern Nachtversorgung übernehmen 56

Maßnahme 2 Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen 57

Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen 58

Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen 59

SFV - Vorschlag: Solareinspeisungsspitzen kappen, zwischenspeichern abends und nachts einspeisen. 60

Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen 61

Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern 62

Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom PV-Module liefern Gleichstrom 64

Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom PV-Module liefern Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher 65

Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom PV-Module liefern Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher Autonome Regelmechanismen funktionieren auch ohne Steuerung durch Netzbetreiber 66

Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität 67

Leistung Peakleistung 1,0 Peak Uhrzeit

Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Uhrzeit

Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak Uhrzeit

Leistung Peakleistung 1,0 Peak 3 kwh/kwp 0,3 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak 3 kwh/kwp Uhrzeit

Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher Leistung in kw / kwp An sonnigen Tagen Einspeisung = 0,3 peak Uhrzeit Solarstrom wird transportfähig Stromnetz wird weniger belastet 74

Technische Umsetzung Einspeiseobergrenzregler Pufferbatterie Netzstabilisierungsregler 75

Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Ein- speise- Zähler Öffentliches Netz 76

Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Überschuss Wechselrichter Batterie- Ladegerät Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Batteriemanagement Ein- speise- Batterie Öffentliches Netz Zähler 77

PV-Anlagen übernehmen neue Aufgaben: Netzstabilisierung 78

Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Überschuss Wechselrichter Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak + / - Korrektursignal Batterie- Ladegerät Ein- speise- Netzstabili- sierungs- Regler Batteriemanagement Batterie Öffentliches Netz Zähler 79

PV-Anlagen können auch Eigenversorgung übernehmen wie ein Notstromaggregat 80

Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Überschuss Haushalt Stromverbraucher + / - Korrektursignal Batterie- Ladegerät Verbrauchs Ein- speise- Netzstabili- sierungs- Regler Batteriemanagement Batterie Zähler Öffentliches Netz Zähler 81

1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz Grundlast-Strom Grundlast-Strom Solarstrom Niederspannungsnetz 82

1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Durch Pufferspeicher vergleichmäßigter Solarstrom kann auch durch die vorgelagerten Netze übertragen werden 83

1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie kann nicht weiter, weil das Hachspannungsnetz durch Strom aus Grundlastkraftwerken verstopft ist 84

1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom? Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie kann nicht weiter, weil das Hachspannungsnetz durch Strom aus Grundlastkraftwerken verstopft ist 85

1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion Solarstrom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz 86

1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion Solarstrom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz 87

Ablaufplan für die Energiewende Ziel: Bildung einer strategischen Reserve aus EE 88

Strategische Reserve: EE-Methan und EE-Methanol EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

Start Pufferspeicher für PV-Anlagen PV-Überschüsse auch nachts verfügbar Pufferspeicher für Windparks Wind-Überschüsse werden geglättet Grundlastkraftwerke stilllegen Überschüsse werden nicht mehr abgeregelt Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

Gesetzliche Bestimmungen Zur Ergänzung des EEG (SFV-Vorschlag) 94

1. Reduzierung der Einspeiseleistung auf 30 Prozent der Peakleistung befreit von der Verpflichtung zur Teilnahme am Einspeisemanagement Absatz 1 Solarstromanlagen, deren Einspeisewirkleistung am Verknüpfungspunkt mit dem aufnahmepflichtigen Netz durch eine technische Einrichtung auf 30 Prozent der Peakleistung reduziert ist, werden von der Verpflichtung zur Teilnahme am Einspeisemanagement (nach 6 und 11 EEG 2012) befreit. Absatz 2 Die verpflichtende Reduzierung der Einspeiseleistung auf 0,3 der Peakleistung gilt für den gesamten aus diesen Anlagen in das Versorgungsnetz eingespeisten Strom einschließlich zwischengespeicherten Solarstroms. Absatz 3 Zusätzlich zum Zweck der Netzstabilisierung eingespeister Strom unterliegt nicht der Reduzierung nach den Abs.1 u. 2 95

2. Speicherbereitstellungsvergütung Absatz 1 Für die Integration eines Pufferspeichers in eine auf 0,3 der Peakleistung leistungsreduzierte PV-Anlage wird eine jährliche Speicherbereitstellungsvergütung durch den regelverantwortlichen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) gezahlt. Absatz 2 Die Laufzeit der Speicherbereitstellungsvergütung beträgt 20 volle Kalenderjahre gerechnet vom Zeitpunkt der Speicherinstallation an. Zusätzlich wird vor Beginn des ersten vollen Kalenderjahres für jeden vollen Monat nach dem 28.Februar je ein Zehntel der in Absatz 3 genannten Speicherbereitstellungsvergütung gezahlt. Absatz 3 Die Speicherbereitstellungsvergütung beträgt jährlich 80 Euro für eine Speicherkapazität von 1 kwh. Eine nachträgliche Erweiterung des Speichers in Schritten von 1 kwh ist zulässig und wird ebenfalls nach Absatz 2 berechnet. Der Anlagenbetreiber darf maximal 3 kwh Speicherkapazität pro installierter kwp- Peakleistung geltend machen. Absatz 4 Der Anlagenbetreiber muss dazu die Kapazität seines Batteriesatzes nachweisen.können. 96

3. Stabilisierungsbonus bei aktiver Teilnahme an der Netzstabilisierung Absatz 1 Die Integration einer zertifizierbaren Einrichtung zur autonomen Stabilisierung der lokalen Netzspannung sowie zur autonomen Beteiligung an der Frequenzstabilisierung in eine batteriegepufferte PV-Anlage wird mit einem jährlichen Stabilisierungsbonus von 10 Euro pro kwp installierter PV- Leistung durch den aufnahmepflichtigen Verteilnetzbetreiber vergütet. Evtl. lokale Netzspannung stabilisieren per powerline communication Absatz 2 Die Laufzeit des Stabilisierungsbonus beträgt 20 volle Kalenderjahre gerechnet vom Zeitpunkt der Installation der Stabilisierungseinrichtung an. Zusätzlich wird vor Beginn des ersten vollen Kalenderjahres für jeden vollen Monat nach dem 28.Februar je ein Zehntel des in Absatz 1 genannten Stabilisierungsbonus gezahlt. 97

4. Freiwilliger Speichereinsatz vor dem Verpflichtungstermin wird belohnt ( Sprinterbonus ) Absatz 1 Die Speicherbereitstellungsvergütung wird auch für PV- Anlagen mit einem Inbetriebnahmedatum vor dem 01.01.2017 gewährt, wenn die Reduzierung der Einspeiseleistung auf 0,3 der Peakleistung und der Einsatz der Speicherbatterie vor diesem Datum vorgenommen wurde. Die jährliche Speicherbereitstellungsvergütung erhöht sich dann um 50 Cent/kWp für jeden vollen Monat vorgezogenen Speichereinsatz. Absatz 2 Der Stabilisierungsbonus wird auch für PV-Anlagen mit einem Inbetriebnahmedatum vor dem 01.01.2017 gewährt, wenn eine Speicherbatterie sowie eine Einrichtung zur autonomen Stabilisierung der lokalen Netzspannung sowie zur autonomen Beteiligung an der Frequenzstabilisierung installiert wurden. 98

5. Degression der Speicherbereitstellungsvergütung Für jedes volle Kalenderjahr, welches das Inbetriebnahmedatum später als der 31.12.2017 liegt, vermindert sich die jährliche Speicherbereitstellungsvergütung technologieabhängig für die gesamte Vergütungsdauer um 5 bis 15 Prozent. 99

6. Eigenverbrauch oder Eigenvermarktung Eigenverbrauch des Solarstroms ist zulässig, wird aber nicht zusätzlich vergütet 100

7. Integration von Pufferspeichern in PV-Anlagen befreit Netzbetreiber nicht von ihrer Verantwortung für eigene Stromspeicherung 9 (1) EEG: Netzbetreiber sind auf Verlangen der Einspeisewilligen verpflichtet, unverzüglich ihre Netze entspechend dem Stand der Technik zu optimieren, zu verstärken und auszubauen oder Stromspeicher zu integrieren, um die Abnahme, Übertragung und Verteilung des Stroms aus Erneuerbaren Energien oder Grubengas sicherzustellen. Ferner 3 Nr. 7 EEG: "Netz" (ist) die Gesamtheit der miteinander verbundenen technischen Einrichtungen zur Abnahme, Übertragung, Verteilung und Speicherung von Elektrizität für die allgemeine Versorgung. Nachträgliche Einfügung in rot. 101

8. Berücksichtigung des räumlichen Mehrbedarfs für Speicherbatterien in den Baugesetzen. Pro 10 qm Dach- sowie nutzbare Fassadenfläche muss Speicherplatz für 3 kwh bauseitig vorgesehen werden 102

Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert Jeweils aktuellste Fassung: http://www.sfv.de/artikel/speicherausbau.htm 103

Alternativen? Eigenverbrauch Demand Side Management 104

Möglichkeiten der Abhilfe? - Eigenverbrauch? - Demand Side Management? 105

Leistung Eigenverbrauchs-Optimierung Lastkurve PV ohne Pufferspeicher Minderentnahme aus dem Netz Konventionelle Leistung und Netzbelastung bleiben unverändert Mindereinspeisung ins Netz Uhr 106

Leistung Demand Side Management Lastkurve Konventionelle Leistung Mehr Verbrauch Weniger Verbrauch PV ohne Pufferspeicher Uhr 107