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Zürcher Fachhochschule
Modul Solarthermie & Photovoltaik
Wege zur Netzparität Umweltbelastung
Recycling Integration ins Stromnetz
Speicherlösungen
24.9.2012
Richard Frei
Senior Analyst ZKB
richard.frei@gmail.com
Zürcher Fachhochschule
• Auf dem Weg zur Netzparität
• LCOE
• Einsparungspotenzial über die Wertschöpfungskette
• Ökologische Aspekte
• Ökobilanz Übersicht
• CO2-Reduktionspotenzial
• Strom-Rückgewinnungszeit
• Recycling
• PV-Cycle
• weitere Initiativen
• Netzintegration
• Einspeiseschwankungen
• Smart Grid
• Speicher
• Übersicht möglicher Spiecherlösungen
• Zusammenfassung & Fazit
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Zürcher Fachhochschule
Lernziele
• Sie verstehen die verschiedenen Aspekte der Netzparität.
• Sie können mit dem Ansatz der LCOE argumentieren.
• Sie sind in der Lage ökologische Betrachtungsweisen (Ökobilanz, Footprint, EPBT) in Bezug auf den PV-Lebenszyklus im Überblick zu diskutieren.
• Sie kennen den PV-Recycling-Prozess und können das Ausmass der (zukünftigen) Recycling-Aktivitäten abschätzen.
• Sie wissen Bescheid über die verschiedenen zu lösenden Fragen bei der Netzintegration von PV.
• Sie verstehen die grundlegenden benötigten Änderungen in der Stromnetzarchitektur.
• Sie können die verschiedenen Speichermöglichkeiten nach unterschiedlichen Kriterien einordnen und beurteilen.
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Netzparität - Levelized Cost of Energy/Electricity
Mittels der LCOE-Betrachtung können Energiekosten verschiedener Energiequellen vergleichbar gemacht werden. 5
Zürcher Fachhochschule
Netzparität - Levelized Cost of Energy/Electricity
Aufgeschlüsselt für PV-Systeme
Die Betrachtung ist ganzheitlich, so werden beispielsweise nicht nur die Investitionskosten, sondern auch die Finanzierung oder die Abschreibungen miteinbezogen.
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Zürcher Fachhochschule
Netzparität - LCOE: Investitionskosten
Die Investitionskosten setzten sich aus den direkten Projektkosten plus den Finanzierungskosten zusammen. Die wichtigsten Treiber der Kapitalkosten sind:
• umgebungsbezogene Kosten, welche mit der zunehmenden Grösse des Systems wachsen.
• Kosten zur Anbindung ans Stromnetz, die mit zunehmendem Peak Power wachsen (Wechselrichter, Transformatoren, Switchgear usw.).
• projektabhängige Kosten, welche Overhead-, Sales- und Marketingkosten, aber auch die Kosten für das Design der Anlage umfassen.
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Netzparität - LCOE: Abschreibungen, laufende Kosten, Restwert
Die gesetzlich vorgeschriebene Abschreibungsdauer beeinflusst die LCOE massgeblich. Denn je schneller eine Anlage abgeschrieben werden kann, desto schneller tritt der Amortisationseffekt auf.
Die jährlichen Betriebskosten umfassen Aufwendungen wie Wartung der Wechselrichter, Reinigung der Module, Versicherungen, Pachtaufwendungen, Reparaturarbeiten, Verwaltungs- und Unterhaltskosten (Personal) etc.
Abhängig von der geplanten Finanzierungsdauer der Anlage kann der Restwert beträchtlich sein. 8
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Netzparität - LCOE: Energieproduktion
Die Berechnung des jährlichen Outputs einer Anlage ist abhängig von:
• der Sonneneinstrahlung
• der Anlageausrichtung (flat, fixed tilt, tracking etc.)
• dem Abstand der Module (ground coverage ratio)
• dem Wirkungsgrad
• Systemverlusten (Kabel, Wechselrichter etc.)
• Systemverfügbarkeit (Defekte Module, Wechselrichter etc.)
Dazu wird die Abnahme des Outputs durch die Degradierung miteinbezogen. Auch nicht vergessen werden darf die Finanzierung der Anlage, welche den Restwert stark beeinflussen kann.
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Netzparität - LCOE: Sensitivitäten
Die Wahl der Inputparameter wie Systemlebenszeit kann die LCOE massgeblich beeinflussen.
Quelle: Sunpower
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Aktuelle Stromgestehungskosten Mai 2012
Die aktuellen Stromgestehungskosten von Neuanlagen der
betrachteten erneuerbaren Energien sind im Vergleich zu kon-
ventioneller, fossiler Stromerzeugung im ersten Halbjahr 2012
in Abbildung 1 dargestellt. Bei allen Technologien sind die
projektspezifischen Standortbedingungen entscheidend
für die Höhe der Stromgestehungskosten.
An Standorten mit einer solaren Einstrahlung von 1300 kWh/
m²/Jahr (typische Einstrahlung auf eine optimal ausgerichtete
PV-Anlage in Süddeutschland) belaufen sich die Stromgeste-
hungskosten von PV-Kleinanlagen auf 0,14 bis 0,16 Euro/kWh
und von PV-Freiflächenanlagen auf 0,13 bis 0,14 Euro/kWh.
Abhängig von Struktur und Größe sowie dem Standort der
Anlage erreichen die Stromgestehungskosten von PV-Anlagen
0,10 Euro/kWh für PV-Freiflächenanlagen bei einer Einstrah-
lung von 2000 kWh/m²/Jahr. PV-Stromgestehungskosten
liegen damit nicht nur in Regionen mit sehr hoher Ein-
strahlung, sondern auch in Deutschland unterhalb des
Endkundenstrompreises (0,253 Euro/kWh, BMWi 2012).
Die Wettbewerbsfähigkeit von Windenergieanlagen
(WEA) gegenüber konventionellen Kraftwerken ist an
guten Windstandorten erreicht. Die Stromgestehungskos-
ten von Onshore-WEA liegen heute zwischen 0,06 und
0,08 Euro/kWh und damit im Bereich der konventionellen
Kraftwerke (Steinkohle, Braunkohle, Kernkraft).
Offshore-WEA verzeichnen trotz höherer Volllaststun-
den von jährlich 3200 bis zu 4000 Stunden mit knapp
0,11 bis 0,16 Euro/kWh höhere Stromgestehungskosten
als Onshore-Anlagen. Ursachen sind die teurere Installa-
tion sowie höhere Betriebs- und Finanzierungskosten der
Offshore-Anlagen.
Solarthermische Kraftwerke (Concentrating Solar
Power – CSP) an Standorten mit einer jährlichen Direkt-
einstrahlung (DNI) von 2000 kWh/m² weisen Stromge-
stehungskosten von 0,18 bis 0,24 Euro/kWh auf. Auf-
grund der starken Kostensenkung bei PV-Anlagen innerhalb
der letzten Jahre zeigen diese am gleichen Standort einen
Kostenvorteil gegenüber CSP-Kraftwerken auf.
Der Vorteil der Speicherbarkeit von Energie und der regel-
baren Stromproduktion von solarthermischen Kraftwerken
ist dabei nicht berücksichtigt. Die Vorteile von einer höheren
Volllaststundenzahl von Windkraftanlagen, insbesondere von
Offshore-Anlagen, werden ebenfalls in den Stromgestehungs-
kosten nicht abgebildet. Speicherbarkeit und Volllaststun-
den spielen jedoch für die langfristige Energiesystem-
entwicklung eine wichtige Rolle.
Abbildung 1: Stromgestehungskosten für PV, CSP und Wind an Standorten in Deutschland und Spanien.
Der Wert unter der Technologie bezieht sich auf die solare Einstrahlung in kWh/m²/Jahr (optimaler Neigungswin-
kel für PV berücksichtigt, DNI für CSP), bei Windkraft auf die Volllaststundenanzahl pro Jahr.
Netzparität - LCOE: Sensitivitäten Anlagebeschaffenheit, Umweltbedingungen
Je nach Umweltbedingungen und Anlagenbeschaffenheit fallen die Stromerzeugungspreise deutlich tiefer aus.
Quelle: ISE
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Netzparität - LCOE: Sensitivitäten PV, Einstrahlung
Unter idealen Umweltbedingungen ist PV zumindest zu Peakzeiten in einigen Märkten schon (fast) kompetitiv.
Quelle: EPIA
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Netzparität - LCOE: sinkende Systempreise
Die PV-Systempreise in Europa könnten bis 2020 zwischen 36% und 51% sinken. Nebst einer effizienteren Produktion stehen v.a. die BoS-Kosten im Zentrum der Kostenreduktion.
Quellen: IEA, EuPD, ASIF, EPIA
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Zürcher Fachhochschule
Netzparität - LCOE: Vergleich der Stromgestehungspreise
Quelle: ISE 15
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Prognose der Stromgestehungskosten bis 2020 und 2030
Für jede der betrachteten Technologien PV, CSP und WEA kön-
nen Kostenprognosen anhand von historisch beobachteten
Lernkurven beschrieben werden, deren zeitlicher Fortschritt
auf den unterschiedlichen Marktprognosen für den Zeitraum
bis 2020 und 2030 aufbaut. Für die Photovoltaik- und Wind-
technologie konnte in den vergangenen 20 Jahren jeweils eine
sehr konstante Lernrate bzw. Progress Ratio (PR = 1 - Lernrate)
beschrieben werden (siehe Bhandari, 2009). Die Investitionen
pro Watt von PV-Modulen sanken einer PR von 80% folgend.
Bhandari und Stadler schlagen eine Absenkung der PR für PV-
Anlagen ab dem Jahr 2015 auf 85% vor.
Im Vergleich dazu folgten die Kosten für WEA in den letzten
Jahren einer PR von 97%, früher waren dies 87 - 92% (ISET,
2009). Für Offshore-WEA konnte aufgrund eines geringen
Marktvolumens bisher keine belastbare PR ermittelt werden.
Da die aktuellen Offshore-Projekte einerseits auf die entwickel-
te Onshore-Technologie zurückgreifen muss und anderseits
noch Offshore spezifische Entwicklungen zu erwarten sind,
setzt diese Studie eine PR von 95% für Offshore-WEA an.
Aktuelle Untersuchungen des DLR unterscheiden bei CSP-
Kraftwerken zwischen den einzelnen Komponenten (Solarfeld,
thermischer Speicher, Powerblock) mit PRs zwischen 88%
und 98% (Viebahn 2008, Trieb 2009). Die hier verwendete
gemittelte PR von 92,5% bezieht sich auf das Gesamtkraft-
werk. Die Sarasin-Studie von 2009 verwendet eine höhere
PR für die Jahre ab 2015 (92% bzw. 96%), wohingegen die
Greenpeace-Studie von einer PR mit 90% ausgeht. Diese un-
terschiedlichen PRs werden im Folgenden auf die variierenden
Marktprognosen angewendet. Tabelle 5 (im Anhang) zeigt die
für die Modellierung der zukünftigen Stromgestehungskosten
verwendeten PRs für die einzelnen Technologien.
Die Modellierung der Stromgestehungskosten zeigt eine
unterschiedliche Entwicklungsdynamik für die einzelnen Tech-
nologien abhängig von den oben diskutierten Parametern,
Finanzierungsbedingungen (WACC), Marktreife und -entwick-
lung der Technologien (PR), aktuellem Investitionsvolumen
(Euro/kW) und Standortbedingungen (Abbildung 16). Heute
neu installierte PV-Anlagen in Deutschland können Strom für
0,18 Euro/kWh erzeugen. Bei einer jährlichen Einstrahlung
von 1100 kWh/m²/Jahr fallen die Kosten selbst für kleinere
Aufdachanlagen in 2015 unter die Marke von 0,15 Euro/kWh.
Größere Freiflächenanlagen erzeugen bei einer jährlichen
Einstrahlung von 1300 kWh/m²/Jahr ihren Strom schon für
weniger als 0,11 Euro/kWh. Ab 2020 sinken die Stromgeste-
hungskosten für diese beiden Anlagentypen unter den Wert
von 0,13 bzw. 0,10 Euro/kWh.
Bereits ab 2022 erzeugen größere PV-Freiflächenanlagen in
Süddeutschland Strom günstiger als der konventionelle Strom-
mix, dessen Kosten aus der BMU-Leitstudie 2011 übernom-
men werden.
Onshore-WEA sind die günstigste Form der erneuerbaren
Stromerzeugung mit Erzeugungskosten in Deutschland von
aktuell weniger als 0,08 Euro/kWh bei 2000 Volllaststunden
pro Jahr. Sie werden im betrachteten Zeitraum am günstigsten
bleiben, auch wenn die Stromerzeugungskosten nur langsam
auf knapp 0,07 Euro/kWh in 2030 sinken. Jedoch ist bereits
2016 von diesen Onshore-WEA Strom günstiger zu beziehen
als aus dem konventionellen Strommix. Bei Offshore-WEA
dagegen sind bei einer niedrigeren Progress Ratio von 95%
etwas größere Kostenreduktionspotentiale vorhanden, um
die Wettbewerbsfähigkeit zum konventionellen Strommix zu
erreichen. Die erwartete Reduktion der Stromgestehungskos-
ten von 0,14 Euro/kWh auf gut 0,11 Euro/kWh in 2030 wird
durch das EEG mit einer jährlichen Einspeisereduktion von
nur 5% ab 2015 unterstrichen. Da bei der PV die Lernrate
deutlich größer ist als bei WEA, werden ab 2025 auch kleine
PV-Aufdachanlagen in Norddeutschland geringere Stromge-
stehungskosten haben als Offshore-WEA. Bei Onshore-WEA
hingegen wird mit den beschriebenen Lernkurven weiterhin
die niedrigsten Stromgestehungskosten mit 0,069 Euro/kWh
im Jahr 2030 möglich sein.
Abbildung 16: Prognose für die Entwicklung der Stromgestehungs-
kosten für erneuerbare Energien des konventionellen Strommix in
Deutschland bis 2030.
An Standorten mit sehr guten Einstrahlungsbedingungen
(ca. 2000 kWh/m²/Jahr) kann die PV im Jahr 2025, bei ei-
nem Marktwachstum auf 1400 GW kumulierter installierter
Leistung, ähnliche Stromgestehungskosten erreichen wie On-
shore-WEA, wie in Abbildung 17 für Spanien dargestellt ist.
Zürcher Fachhochschule
• Auf dem Weg zur Netzparität
• LCOE
• Einsparungspotenzial über die Wertschöpfungskette
• Ökologische Aspekte
• Ökobilanz Übersicht
• CO2-Reduktionspotenzial
• Strom-Rückgewinnungszeit
• Recycling
• PV-Cycle
• weitere Initiativen
• Netzintegration
• Einspeiseschwankungen
• Smart Grid
• Speicher
• Übersicht möglicher Spiecherlösungen
• Zusammenfassung & Fazit
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Zürcher Fachhochschule
Ökologische Aspekte PV: vereinfachte Wertschöpfungskette zur Erstellung einer Umweltbilanz
Quelle: ISE
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Zürcher Fachhochschule
Ökologische Aspekte PV: Umweltbilanz Übersicht
Quelle: ESU-Services
Je nach Kriterium schneiden die verschiedenen Wertschöpfungsprozesse unterschiedlich ab. 18
Zürcher Fachhochschule 19
Ökologische Aspekte PV: Treibhausgasemmisionen
Quelle: V. Fthenakis u.a., First Solar
Die kristallinen Technologien schneiden v.a. wegen dem höheren Energieaufwand schlechter ab.
Zürcher Fachhochschule
Ökologische Aspekte PV: Treibhausgasemmisionen 2
Quelle: EPIA
Die Hälfte bis Dreiviertel der Treibhausgasemissionen eines kristallinen PV-Systems stammen aus dem Modul .
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Zürcher Fachhochschule
Ökologische Aspekte PV: Treibhausgasemmisionen 3
Quelle: ESU-Services
In der Gesamtbetrachtung über die Lebensdauer lässt sich mit PV-Energie Treibhausgas einsparen!
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Zürcher Fachhochschule 22
Ökologische Aspekte PV: Treibhausgasemmisionen 4
Quelle: EPIA
Im Vergleich zu herkömmlichen, fossilen Energiequellen emittiert PV eine Bruchteil von CO2.
Zürcher Fachhochschule 23
Ökologische Aspekte PV: Energierücklaufzeit
Die neusten kristallinen Solarmodule weisen an idealen Standorten Energierücklaufzeiten von einem Jahr oder weniger auf.
Quelle: ESU-Services
Zürcher Fachhochschule
Ökologische Aspekte PV: Energierücklaufzeit
Siliziumproduktion und Wafering machen mindestens die Hälfte der Energierückgewinnungszeit aus.
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie
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Zürcher Fachhochschule
• Auf dem Weg zur Netzparität
• LCOE
• Einsparungspotenzial über die Wertschöpfungskette
• Ökologische Aspekte
• Ökobilanz Übersicht
• CO2-Reduktionspotenzial
• Strom-Rückgewinnungszeit
• Recycling
• PV-Cycle
• weitere Initiativen
• Netzintegration
• Einspeiseschwankungen
• Smart Grid
• Speicher
• Übersicht möglicher Spiecherlösungen
• Zusammenfassung & Fazit
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Zürcher Fachhochschule
Umweltverträglichkeit von PV
Phasen des Produktlebenszyklussees:
• Produktdesign
• Materialbeschaffung
• Produktion
• Produktgebrauch
• Lebensende des Produkts (end of life)
Um PV umweltverträglicher zu machen ist nicht nur das Recycling von
ausgedienten Modulen von Wichtigkeit.
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Zürcher Fachhochschule
Quelle: PV-Cycle EPIA 2007
Umweltverträglichkeit von PV - exponentiell steigende Abfallmenge ausrangierter Module
Entsprechend des starken Wachstums steigen die Abfallmengen ab 2020 stark an.
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Zürcher Fachhochschule
Quelle: PV-Cycle
PV-Cycle Kreislauf
Von der PV-Industrie 2007 gegründete Nonprofit-Organisation mit dem Ziel
das Recycling von Altmodulen zu fördern.
• 196 Vollmitglieder
• 26 Associates
• 23 Kandidaten
• > 85% des EU-PV-Marktes abgedeckt
• 166 Sammel-standorte in der EU
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Zürcher Fachhochschule
Weitere Initiativen
Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical Equipment
Erste Hersteller wie Sharp erfüllen die RoHS-Anforderungen freiwillig.
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Zürcher Fachhochschule
• Auf dem Weg zur Netzparität
• LCOE
• Einsparungspotenzial über die Wertschöpfungskette
• Ökologische Aspekte
• Ökobilanz Übersicht
• CO2-Reduktionspotenzial
• Strom-Rückgewinnungszeit
• Recycling
• PV-Cycle
• weitere Initiativen
• Netzintegration
• Einspeiseschwankungen
• Smart Grid
• Speicher
• Übersicht möglicher Spiecherlösungen
• Zusammenfassung & Fazit
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Zürcher Fachhochschule Quelle: Bundesnetzagentur 2011
Stromversorgung in Deutschland nach der AKW-Teilanschaltung
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Zürcher Fachhochschule
Integration von PV ins Stromnetz - Einführung
Erneuerbare Energien wachsen kontinuierlich. Abgesehen von Gas (v.a. 2010) stammt der Zuwachs von Kapazität v.a. von erneuerbaren Energiequellen. 2009 Anteil erneuerbare von 63% an der neuen Kapazität, im 2010 von 41%.
Quelle: EWEA
MW
Kapazitätszubau in Europa
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Zürcher Fachhochschule
Integration von PV ins Stromnetz - Load
Probleme:
• unregelmässiger Load
• nicht exakt planbarer Load
• Nachfrage nicht deckungsgleich wie Angebot
• sehr abhängig von meteorologischen und geografischen Gegebenheiten
Quelle: SMA
Erneuerbare Energien sind in Bezug auf die heute bestehende Strominfrastruktur schlecht skalierbar. 37
Zürcher Fachhochschule
Integration von PV ins Stromnetz – Load II
Quellen: EEX, ISE
Quelle: Sunrise
Aber:
• Zu Peak-Zeiten können erneuerbare Energien einen grossen Beitrag leisten.
• Zu Peak-Zeiten sind erneuerbare Energien flexibler einsetzbar als andere konventionelle Energiequellen.
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© Fraunhofer ISE
Stromproduktion: Woche 36, 03. bis 09. September 2012
Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX
Mo03.09.
Di04.09.
Mi05.09.
Do06.09.
Fr07.09.
Sa08.09.
So09.09.
60.000
MW
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
-5.000
-10.000
Anzeigewoche: KW 36; 2012
Tatsächliche Produktion
Legende: WindImport SolarExport Konventionell > 100 MW
Zürcher Fachhochschule
25.5.2012 – Rekordtag der Solarleistung
© Fraunhofer ISE
Stromproduktion: Freitag, den 25.05.2012Tag mit der höchsten Solarleistung
� Solar: max. 22,4 GW um 12:45 (+2:00); 189 GWh
� Wind: max. 7,0 GW; 108 GWh
� Konventionell: max. 44,1 GW; 892 GWhGrafik und Daten: Leipziger Strombörse EEX, http://www.transparency.eex.com/de/
Legende: Konventionell
Tatsächliche Produktion Geplante Produktion
Wind Solar
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
h
MWAnzeigetag: 25.05.2012
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
h
MWAnzeigetag: 25.05.2012
• Solar 22.4 GW vs. konventionelle Elektrizitätsquellen 44.1 GW
• Solar 189 GWh, konventionelle Elektrizitätsquellen 892 GWh
Quellen: EEX, ISE
Zürcher Fachhochschule
Notwendigkeit der zuverlässigen Stromversorgung
Aus ökonomischer Sicht ist eine zuverlässige Stromversorgung unverzichtbar.
Quelle: Galvin Electricity Initative 2008
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Zürcher Fachhochschule
Lösungen zum Ausgleich der schwankenden PV-Stromproduktion - Kombikraftwerk
Das Kombikraftwerk besteht aus verschiedenen Kraftwerksteilen (Wasser, PV, Wind, ...), welche ergänzend eingesetzt werden können. Nötig ist dazu eine intelligente Steuerung
(Software), unterstützt durch Prognosemodelle (Wind, Sonne, Nachfrage) sowie Intelligenz im Stromnetz.
Quelle: ISET
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Zürcher Fachhochschule
Beispiel eines softwarebasierten Steuerungs-interfaces eines Kombikraftwerks
Quelle: Agentur für erneuerbare Energien
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Zürcher Fachhochschule
Technologie ist verfügbar - hohe Investitionskosten
• Mittels Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen (HVDC) können dezentrale Produzenten (Bsp. Offshore Wind) ohne grosse Übertragungsverluste ins Netz eingebunden werden.
• In Europa werden gemäss Schätzungen bis 2030 rund 40‘000 neue Leitungskilometer benötigt. Diese umfassen ein Investitionsvolumen von etwa EUR 750 Mrd.
• Dazu fehlt es an Regelleistung. Momentan stehen beispielsweise in Deutschland rund 7 GW zur Verfügung. Mit einer installierten Kapazität 2030 von alleine 25 GW Windenergie, besteht diesbezüglich grosser Handlungsbedarf, was wiederum Investitionen erfordert.
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Zürcher Fachhochschule
Umbau der Stromnetzarchitektur wird notwendig
Quelle: ABB
Erneuerbare Energien treiben die Dezentralisierung der Architektur von Stromnetzen voran.
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Zürcher Fachhochschule
Komponenten eines Smartgrids - Energiemanagementsysteme
Bestandteile:
• PoMS: Power Flow & Quality Management Systeme
• PCU: PoMS Central Unit
• PIB: PoMS Interface Box
Fragen:
• Verbreitung
• Ownership
• Datenschutz
• .... Quelle: Frauenhofer Institut/ISE
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Zürcher Fachhochschule
Smart Meetering als ein Schlüsselelement im Smart Grid
• Anreiz zur Lastverschiebung schaffen, z.B. über variable Stromtarife und offene Elektrizitätsbörsen
• Verbrauchersensibilisierung
• Erfordernis: Feedbacksystem
--> intelligente Zähler
Quelle: Frauenhofer Institut/ISE, EWE
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Zürcher Fachhochschule
• Auf dem Weg zur Netzparität
• LCOE
• Einsparungspotenzial über die Wertschöpfungskette
• Ökologische Aspekte
• Ökobilanz Übersicht
• CO2-Reduktionspotenzial
• Strom-Rückgewinnungszeit
• Recycling
• PV-Cycle
• weitere Initiativen
• Netzintegration
• Einspeiseschwankungen
• Smart Grid
• Speicher
• Übersicht möglicher Spiecherlösungen
• Zusammenfassung & Fazit
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Zürcher Fachhochschule
Integration von PV ins Stromnetz – Back up & Speicher
Muss die gesamte Kapazität von erneuerbaren Energien mit einem Back Up versehen
werden, um Versorgungssicherheit zu gewähren?
Mögliche Lösungsansätze:
• Speicher
– Batterien (Ni-Cd, Ni-MH, Li-Ion, ...)
– Wasserspeicher (CH)
– Wasserstoff
– Schwungräder
– Gaskavernen
– Hydrokarbonisierung
– ......
Quelle: Rolls, Saft, Hydrogenics 52
Zürcher Fachhochschule
Kapazität Elektrizitätsspeicher
Pumpspeicherkraftwerke sind weltweit das dominante Speichermedium.
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Quelle: Rolls, EPRI, Fraunhofer Institut
Zürcher Fachhochschule
Beispiel Deutschland: Benötigte Speicherkapazität in Zukunft
Die zukünftige Stromnetzausgestaltung ist in Zukunft entscheidend in Bezug auf die benötigten Speicherkapazitäten.
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Quelle: Fraunhofer Institut IWES
Zürcher Fachhochschule
LCOE der verschiedenen Speicherlösungen für erneuerbare Energien
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Quelle: EPRI
Zürcher Fachhochschule
Batterie als Lösung bei Kleinanlagen
Batterien sind gut geeignet um den Eigenkonsum zu erhöhen und für das Peakshaving. Aber ..
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Quelle: SMA
Zürcher Fachhochschule
Batterie als Lösung bei Kleinanlagen
... die Preise für hochwertige Lösungen (Li-basiert) sind noch viel zu hoch.
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Quelle: SMA
Zürcher Fachhochschule
„Strom zu Gas (Power to Gas)“
CO + 3H2 --> CH4 + H2O
• exotherme Reaktion
• 300°C bis 700 °C Reaktionstemperatur benötigt
• Beschleunigung der Reaktion durch Nickelkatalysatoren
(Promotoren und Stabilisatoren wie Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid)
Zukünftige Lösung Methanisierung (Sabatier-Prozess)?
Ideal bei dieser Lösung ist das Vorhandensein der Speicher- und Verteilungsinfrastruktur.
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