Energiespeicher Potenziale und Wirtschaftlichkeit · 2018. 3. 5. · Energiespeicher auf...

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RWE 2/6/2014 PAGE 1 Energiespeicher Potenziale und Wirtschaftlichkeit Leopoldina-Symposium Halle, 06.02.2013 Friedrich Schulte RWE AG, Konzern Forschung & Entwicklung / Technologien

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RWE 2/6/2014 PAGE 1

Energiespeicher Potenziale und Wirtschaftlichkeit

Leopoldina-SymposiumHalle, 06.02.2013

Friedrich SchulteRWE AG, Konzern Forschung & Entwicklung / Technologien

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Ausgangslage der “Energiewende”1

Energiespeicher2

Agenda

Fazit3

- im Transportnetz

- im Verteilnetz

- lokale Installation

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Die Bundesregierung ging (geht?) von einer Abnahme der inländischen Stromerzeugung um 45 % bis 2050 aus

Energiekonzept der Bundesregierung (bis 2013)

Quelle: EWI/Prognos/GWS Studie

2010 2020 20502030 2040

KernenergieKonventionelle Erzeugung

Erneuerbare Energien (ca. 80% der Erzeugung)

Import

Verbrauchsrückgang

- 45%

17%

25%

58% 45%

10%

20%

25%

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Energiespeicherung ist eine von vier prinzipiellen Optionen zum Ausgleich von Erzeugung und Nachfrage

Stromerzeugung Stromverbrauch

230 V 50 Hz

Ausbau der Stromnetze21Flexible Stromerzeugung

mögliche technische Maßnahmen

Speicherung von Energie4„Smarte“ Technologienfür Netz und Verbrauch

3

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Die Integration fluktuierender Stromerzeugung ist in mehrfacher Hinsicht eine Herausforderung

Verlauf der Windenergieeinspeisung in Deutschland an ausgewählten Tagen im April 2011

0

5.000

10.000

15.000

20.000

Windenergie-einspeisung in MW

12.04. 13.04. 14.04. 15.04. 16.04. 17.04. 18.04. 19.04. 20.04. 21.04. 22.04.

Bereitstellung sehr hoher Leistungen

Vorhalten/Erzeugen großer Strommengen über längere Zeiträume

Sehr große zeitliche Änderung der Leistung

> Keine Lösung erfüllt alle Anforderungen zugleich

> Kriterien für den Mix der Maßnahmen sind- Kosten- technische Daten- Emissionen - Akzeptanz

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Für die Analyse wurden Speicher auf unterschiedlichen Systemebenen in drei Szenarien modelliert *

Systemebene(Zentraler Speicherim Transportnetz)

Lokale Ebene

“Zu Hause” Speicher

Dezentrale EbeneSpeicher imVerteilnetz

moderate Klimapolitik

AmbitionierteKlimapolitik

geringeres Wirtschafts-wachstum

„Best View“hohes Wirtschafts-wachstum

"Dynamik"

"Stagnation"

Drei Szenarien berücksichtigen SensitivitätenSpeicher auf allen Systemebenen möglich

*) Studie von frontier economics, energynautics und RWE AG, 2013

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Ausgangslage der “Energiewende”1

Energiespeicher2

Agenda

Fazit3

- im Transportnetz

- im Verteilnetz

- lokale Installation

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Seite 8RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Speicher in Stromsystemen profitieren von unterschiedlichen Märkten

� Arbitrage auf dem Day-ahead Markt

� „kaufe billig“ (off peak) „verkaufe teuer“ (peak)

� Zusatzerlöse vom Intraday-Markt

� Ausschöpfen von zusätzlichen Preisdifferenzen

� Bereitstellen von Systemdienstleistungen

� Regelenergie (Sekundärregelung, Minutenreserve)

� Schwarzstart

� EE-Erzeugungsmanagement/Engpassmanagement

2

3

� Bewertung der Wirtschaftlichkeit

� Vergleich der Speichertechno-logien

� Analyse der regulatorischen Rahmenbedin-gungen

� Struktur und Entwicklung der Kraftwerke

� Strompreise

� Volatilität der

Strompreise

� Speicherkosten, Lebensdauer, Wirkungsgradetc.

Annahmen aus den Szenarien

Annahmen für Szenarien

Erlösströme Ergebnisse

1

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0

1

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4

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9

2012

2017

2022

2027

2032

2037

2042

2047

2052

Ko

ste

n u

nd

Erl

ös

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Mio

EU

R (

rea

l 2

01

0)

SDL

Intraday

Day-aheadVermarktung

Die Perspektive für neue Pumpspeicher ist mittelfristig sehr begrenzt; Verbesserung ab 2030 möglich

� Vermarktungsmöglichkeiten sind*)

� Day ahead

� Intraday

� Systemdienstleistungen

� Speicher kann Sekundärregelung und Minutenreserve anbieten

Erlösströme für Pumpspeicher

100MW / 8h PSP

Erl

öse i

n M

io.

EU

R (

real

2010)

� Day ahead Arbitrage ist der wichtigste Erlösstrom

� Erlöse steigen erst ab 2030 signifikant

� Aus Portfolio-Überlegungen kann ein einzelnes PSP zwischen den Erlösströmen wechseln

� Spätere Inbetriebnahme verbessert die Wirtschaftlichkeit

Systemservices

*) kein Mehrfachverkauf

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Seite 10RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Zentrale Speicher haben für die nahe Zukunft kaum Perspektiven

Batterien in allen Szenarien < -10 % trotz Lernkurven

Ab 2030 attraktivP2G und H2 können nur sehr

langfristig unter besonders günstigen Bedingungen

wirtschaftlich werden

Inte

rna

l ra

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f re

turn

(IR

R)

rea

l

Pump-speicher

(neu)

Diabate

Druckluft-speicher

Adiabate

Druckluft-speicher

Power-to-Gas Elektrolyse mit H2-Turbine

Lithium-Ionen

Batterie

Inbetriebnahme

Technologie

Quelle: Frontier Economics, RWE AG, 2013

Abhängig von Lernkurven

Szenarien

CAES kann nur langfristig bei Speicherzeit > 10 h wirtschaftlich werden

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Seite 11RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Erst ab einem EE-Anteil von über 50 % werden größere Energiespeicher auf Systemebene erforderlich *)

heute

20 bis 25 %

2020

35 bis 40 %

2030

50 bis 60 %

2050

75 bis 100 %

Neue Pumpspeicher

Druckluft

*) Weitere Werttreiber: U. a. Gas- und CO2-Preise sowie Grad des Netzausbaus

Power-2-Gas

Relevanz (neuer) Speicher

Mit der “Energiewende” steigender Anteil an EE

Was zu tun ist

� Bestehende PSP weiter betreiben

� Optionen für Standorte offen halten

� Weitere F&E für opti-miertes Anlagendesign

� Prüfen, inwieweit kleine-re Einheiten möglich

� Grundlagen F&E mit dem Ziel fundamentaler Kostensenkung

� Technologiereife steigern

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Seite 12RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Netzausbau ist kostengünstig – Speicher sind nicht die erste Wahl zur Integration eines hohen EE-Anteils

� Netzausbaukosten durch starken PV-Ausbau ca. 60 T€, auch bei 600 m Leitungslänge

� Die Option mit 100 kW/4 h Lithium-Ionen-Batterie wird auch 2050 noch rd. 90 T€ kosten

� Mit über 40 a haben Netze mehr als die doppelte Batterielebensdauer

� Verbrauchssteuerung bei dezentraler Stromerzeugung im Smart Grid begrenzt das Speicherpotenzial zusätzlich

� Ausbaukosten in der Mittelspannung pro kW spezifisch noch günstiger als in der Niederspannung

� Obwohl die Distanzen größer sind, ergibt sich kein positiver Business Case für Speicher

Mittelspannungsnetz

Niederspannungsnetz – typische Situation

*) Die Batterie wurde in drei typischen Netzsituationen berechnet: Städtischer Bereich, Vorstadt und ländliches Gebiet

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Seite 13RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Auf absehbare Zeit sind Speicher im Verteilnetz nicht wirtschaftlich betreibbar

Wirtschaftlichkeit ggf. möglich, wenn Politik und Regulierung sich auf dezentrale Lösungen fokussieren

Technologie

NiederspannungsnetzMittelspannungsnetz

Druckluft-speicher

Power-2-Gas Power-2-H2

mit Turbine

Flow Batterien Lithium-Ionen Batterie

Blei-Säure Batterien

Lithium-Ionen Batterie

-25%

-20%

-15%

-10%

-5%

0%

5%

10%

2030 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050

Inte

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Re

turn

(IR

R)

rea

l Unabhängig von Batterie und

Erlösstrom, kein positiver

Business Case

Inbetriebnahme

P2G und H2 könnten lang-fristig wirtschaftlich wer-den, wenn ambitionierte Lernkurven erreicht wer-

den und die Technik skalierbar wirdSzenarien

“Dynamic”

“Best View”

“Stagnation”

Quelle: Frontier Economics, RWE AG, 2013

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Seite 14RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Sinkende PV-Kosten machen Batteriespeicher interessant

> Sorgen wegen zu hoher Strompreise> Persönliche Unabhängigkeit ist gewünscht> Versorgungssicherheit ist (noch) kein Thema> Vorbehalte gegen große Versorger (und andere Institutionen)

>Größte Unsicherheit für den Einsatz lokaler Speicher:

a) Zukünftiger regulatorischer Rahmenb) Preise und Eigenschaften zukünftiger stationärer Speicher

EigenverbrauchEEG Teilnahme am Großhandel

Zeit, Jahre

Ene

rgie

kost

en /

-pre

ise

Endkundenpreis

Großhandelspreis

Kosten der PV-Stromerzeugung

Mögliche Entwicklung,durch PV getrieben

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Seite 15RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Batterien ermöglichen die Steigerung des eigenen Verbrauchs von lokaler PV-Stromerzeugung

76543210 24232221201918171615141312111098

Haushaltsstrom-verbrauch

PV Stromerzeugung

Lokale PV Stromerzeugung und –Verbrauch werden zeitlich entkoppelt

Batterie

laden

Batterie

entladen

Tagesstunden

kW

Eine Batterie für einen typischen*) Haushaltwird den Eigenverbrauch um 20 % erhöhen

>� Die Wirtschaftlichkeit von Batterien hängt vom vermiedenen Strombezug ab

� Mit konstant steigenden Endkundenstrompreisen und dem (der Höhe nach unerwarteten) Verfall der PV-Preise entsteht ein positiver Business Case

� Mit fallenden Batteriepreisen werden „Zu Hause“-Speicher für den Investor profitabel

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Eig

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PV Systemgröße [kWp]

15,00 kWh

5,00 kWh

0,00 kWh

*) Familienhaushalt 4.500 kWh jährlicher Verbrauch,

5 kWh Batterie, 5 kWp PV

+20%

Speichergröße

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Ausgangslage der “Energiewende”1

Energiespeicher2

Agenda

Fazit3

- im Transportnetz

- im Verteilnetz

- lokale Installation

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Seite 17RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Vier regulatorische Stellschrauben beeinflussen den Wert von Speichern

Abregelung EE

Einfluss Kapazitäts-märkte

Netzengpässe

Netzentgelte für Speicher-strom

Konsequenzen für den Speicherwert

� Großer Einfluss auf Wert von Speichern

� Speicher profitieren von niedrigen Preisen bei Überschuss von Windstrom

� Derzeitige Anreize für Speicher sind begrenzt: Abregelung EE ist aktuell keine Option

� Auswirkung gravierend, aber sehr abhängig von konkreter Ausgestaltung

� Gesicherte Kapazität der Speicher gewinnt an Bedeutung gegenüber dem Energieinhalt

� Zur Vermeidung von Netzengpässen stehen Speicher im Wettbewerb mit Netzausbau oder Redispatch-Kosten

� Vorteile von Speichern sind abhängig vom Standort im Netz und müssen fallweise ermittelt werden

� Marktteilung in Deutschland hätte geringen Einfluss

� Einfluss auf Pumpspeichererlöse ~ 30 % *)

� Speicher können Erzeuger oder Stromverbraucher sein, dadurch auch Erhöhung oder Verringerung der Netzlast

� Verschiedene Regularien in der EU verursachen Marktverzerrung für internationale Speicheranwendungen

* Quelle: Frontier Economics, RWE AG, 2013

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Seite 18RWE AG, Friedrich Schulte 06.02.2014

Fazit und was nun zu tun ist

Zentrale Speicher(Transportnetz)

Dezentrale Speicher

(Verteilnetz)

“Zu-Hause“-Speicher

(Kundenanlage)

Empfohlene Maßnahmen

� PSP weiter betreiben

� Zukunftsoptionen entwickeln

� Selektive F&E, z. B. für Druckluftspeicher

� Speicherdienstleistungen für den Netzbetrieb entwickeln

� Speichertechnologien und Interaktion im Netz testen

� Einbindung in Energiemanage-ment mit hohem Nutzen für Kunden und Netzbetrieb

� Zukünftige Regulierung beachten

Reihenfolge der Attraktivität

!

Volkswirtschaft Investoren

1.

2.

3.

3.

2.

1.

� Politik/Regulierung muss Volkswirtschaft und Investorensicht in Einklang bringen

� Alle Flexibilitätsoptionen gleichberechtigt im Kostenwettbewerb halten

� F&E muss Speicherperformance optimieren und Kosten senken

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“Niemals untätig”,

der Wahlspruch aus dem Jahr 1652ist heute aktueller, denn je.

In diesem Sinne, lassen Sie unsgemeinsam

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !