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PV-basierte Inselnetze zur Elektrifizierung in Entwicklungsländern
Seite 2SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Vorbemerkung
Was ist der Hintergrund dieser Präsentation?
> Die SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH verfolgt als einen Schwerpunkt die Entwicklung und Förderung von Konzepten und Geschäftsmodellen zur Verbreitung von PV-basierten Inselnetzen
> Im Rahmen der ersten Projektphase „Analyse der Marktpotentiale“ wurde das Reiner Lemoine Institut mit der Erstellung einer Studie beauftragt
> Untersuchungszeitraum: Februar-August 2012
> Im Verlaufe der Studie wurde auch eine Vielzahl an Experteninterviews geführt (insb. Erfahrungswerte, Geschäftsmodelle etc.)
> Vorliegendes Dokument ist als Präsentation zur Studie „PV-basierte Inselnetze: Ein Überblick zu Marktpotentialen und Geschäftsmodellen“ zu verstehen
Seite 3SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Gliederung
1 Einleitung
2 Potentialanalyse
3
4
Geschäftsmodelle
Fazit
Seite 4SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
> Weltweit leben 1,3 Milliarden* Menschen ohne Strom.
> Insbesondere ländliche Regionen ohne Netzanbindung davon betroffen
> Netzausbau ist dort oft unwirtschaftlich.
* Quelle: IEA, World Energy Outlook 2011
Status Quo Elektrifizierung
Elektrizität ist eine zentrale Voraussetzung für wirtschaftliche Entwicklung und Grundlage zur Verbesserung elementarer Bedürfnisse, wie z.B. Bildung, Gesundheit, Sicherheit und Kommunikation.
Autarke Inselnetze sind oft die einzige Möglichkeit, Menschen in ländlichen Gebieten den flexiblen Zugang zu elektrischer Energie zu ermöglichen und die lokale Wertschöpfung zu steigern.
Die Erde bei Nacht. Image and data processing by NOAA's National Geophysical Data Center. DMSP data collected by US Air Force Weather Agency.
Seite 5SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Photovoltaik
Vorteil der PV für dezentrale Standorte> kosteneffizient
>modular erweiterbar
> verschleißfreie Technik
> überall verfügbare Sonnenenergie
> einfache Installation
Warum PV als Basis für die dezentrale Energieversorgung?
Solar Home Systems> eignen sich bei sehr geringem Energiebedarf
> sind mit geringen Investitionen verbunden
Inselnetze> sind flexibel erweiterbar
> höhere Leistung ermöglicht Versorgung von Gewerbe, Krankenhäusern, Dörfern etc.
Mögliche Systeme:
Bild: Sunlabob Renewable Energy Ltd.
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Seite 6SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Inselnetze
>einer Erzeugungseinheit,
>einem Energiespeicher,
>einer Regelungseinheit,
>einem Verbraucher
im Leistungsbereich von kW bis MW
Inselnetze bestehen aus mindestens
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Inselnetze bieten ideale Voraussetzungen für eine netzunabhängige Stromversorgung
Seite 7SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Inselnetze
Bild: SMA Solar Technology AG
>Wechselstromkopplung ermöglicht eine flexible Erweiterung um weitere Erzeuger und Verbraucher
>Drehstromverbraucher zur gewerblichen Nutzung können ebenfalls integriert werden
Systeme sind erweiterbar und können leicht einem wachsenden Bedarf angepasst werden
PV-basierte Inselnetze ermöglichen eine zuverlässige Grundversorgung und lokale Wertschöpfung
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Seite 8SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
PV-basierte Inselnetze als Schlüssel zur Elektrifizierung
1.Globale Potentialanalyse für PV-basierte Inselnetze in Hinsicht auf
>Geografische Bedingungen
>Politische Bedingungen
>Wirtschaftliche Bedingungen
2.Erfahrungswerte und Geschäftsmodelle>Auf Basis von Experteninterviews und
Literaturauswertungen
>Erfolgskritische Kernelemente nachhaltiger Projekte
>Vielversprechende existierende Geschäftsmodelle
Studie soll Herausforderungen und Möglichkeiten von PV-basierten Inselnetzen zur Energieversorgung in bislang nicht elektrifizierten Regionen aufzeigen
Wo ist PV-basierte Elektrifizierung mit
welchen Geschäftsmodellen
nachhaltig umsetzbar?
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Seite 9SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Gliederung
1 Einleitung
2 Potentialanalyse
3 Geschäftsmodelle
4 Fazit
Seite 10SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Kostenanalyse weltweit (Georeferenzierung)
Analyse des nationalen
Dieselpreises
Analyse der vorhandenen Infrastruktur
Erfassung der solaren
EinstrahlungGünstigste lokale
Energiequelle (PV vs. Diesel)
+ + =>PV-Inselnetze konkurrieren mit Netzausbau und reinen
Dieselnetzen.
>Steigende Entfernung zum nationalen Netz und geringe Verbraucherdichte machen Netzausbau unwirtschaftlich.
>Hohe nationale Dieselpreise machen reine Dieselnetze unwirtschaftlich.
>Steigende Entfernung zu großen Straßen führt zu höheren Transportkosten für Diesel.
Bei hohen lokalen Dieselpreisen und guter Einstrahlung in netzfernen Regionen wird Sonnenenergie zur günstigsten Energiequelle.
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Seite 11SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Stromerzeugungskosten von reinen Dieselnetzen
>Kosten der lokalen Stromerzeugung sind stark abhängig vom lokalen Dieselpreis >Dieselpreis wird in hohem Maße von Subventionierung und Besteuerung beeinflusst
* 1 l Diesel entspricht ca. 3 kWhel
Kosten [€/kWhel] *
0,02 – 0,10
0,10 – 0,15
0,15 – 0,20
0,20 – 0,25
0,25 – 0,30
0,30 – 0,35
0,35 – 0,40
0,40 – 0,45
0,45 – 0,50
0,50 – 0,75
0,75 – 1,00
1,00 – 1,25
1,25 – 1,50
1,50 – 1,75
1,75 – 2,00
2,00 – 2,25
ab hier ist PVkonkurrenzfähig
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Dieselpreis ist entscheidend für die Konkurrenzfähigkeit PV-basierter Inselnetze
Seite 12SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Kostenvorteil hybrider PV-Batterie-Diesel Systeme
Kostenvorteil Energieerzeugung PV-Batterie-Diesel vs. Diesel[€/kWhel]
0 0 – 0,010,01 – 0,050,05 – 0,100,10 – 0,150,15 – 0,200,20 – 0,250,25 – 0,300,30 – 0,350,35 – 0,400,40 – 0,450,45 – 0,500,50 – 0,750,75 – 1,001,00 – 1,251,25 – 1,501,50 – 2,50
>Abgelegene Gebiete profitieren stark von dezentraler Versorgung>Subventionierung von Diesel macht PV unwirtschaftlich
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
In vielen Gebieten haben PV-Batterie-Diesel Systeme bereits einen klaren Kostenvorteil
Seite 13SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Optimaler PV Anteil in PV-Batterie-Diesel Systemen
> In Gebieten mit wirtschaftlichem Einsatz von Batterien sind meist auch die Abend- und Nachtstunden mit PV abdeckbar, d.h. ca. 85 % PV Anteil
>100 % PV Anteil ist möglich, liegt aber durch die benötigten Batteriekapazitäten nicht im wirtschaftlichen Optimum
0 0 – 0,010,01 – 0,100,10 – 0,150,15 – 0,250,25 – 0,300,30 – 0,350,35 – 0,400,40 – 0,450,45 – 0,500,50 – 0,550,55 – 0,600,60 – 0,650,65 – 0,700,70 – 0,750,75 – 0,800,80 – 0,850,85 – 0,900,90 – 0,950,95 – 1
Optimaler PV Anteil [%]
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
PV Anteil von 25-85 % an der Energiebilanz ist wirtschaftlich optimal
Seite 14SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Amortisation von PV-Batterie-Diesel Systemen vs. Diesel
> In weiten Teilen Afrikas und Südamerikas sind Amortisationszeiten von nur 5 – 7 Jahren realisierbar
> In besonders abgelegenen Gebieten ergeben sich äußerst lukrative Amortisationen für PV-basierte Inselnetze von weniger als 4 Jahren.
Amortisationszeit [Monate]
12 – 24
24 – 36
36 – 48
48 – 60
60 – 72
72 – 84
84 – 96
96 – 108
108 – 120
120 – 132
132 – 144
144 – 156
156 – 168
168 – 180
weniger als 7 Jahre
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
In vielen Regionen werden bereits attraktive Amortisationszeiten für PV-basierte Inselnetze erreicht
Seite 15SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Länderranking
A: Marktpotential• Elektrifizierungsrate [Weltbank, IEA, UNDP]
• ländliche Bevölkerung ohne Zugang zu Elektrizität [berechnet]
• Dieselpreis [Weltbank]
B: politische und ökonomische Rahmenbedingungen• politische Stabilität [Weltbank]
• Korruptionsindex [Transparency Int.]
• Inflation [Weltbank]
• Geschäftsmöglichkeitenindex (ease of doing business index)
[Weltbank]
50 %
30 %
15 %
20 %
15 %
50 %
20 %
40 %
60 %
Vergleichende Bewertung von Ländern auf Basis statistischer Daten in Hinblick auf Marktpotential und politische sowie ökonomische Rahmenbedingungen
Verwendete Kriterien und Gewichtungsfaktoren:
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
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201
345
678
910
11 12 13
1415
16
17
18
19
2
Ergebnisse des LänderrankingsAusschlusskriterien: politische Instabilität, Reisewarnung des Auswärtigen Amts, Dieselpreis (≤ 0,25 USD/l)
nicht berücksichtigt: Elektrifizierungsrate > 95% und < 200.000 Menschen in ländlichen Gebieten ohne ElektrizitätZielländer: Rang 1 bis 89
keine Daten
Top 20 von 89
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Gute politische und ökonomische Rahmenbedingungen bei gleichzeitig hohem Elektrifizierungsbedarf finden sich vor allem in Süd- und Ostafrika
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Gliederung
1 Einleitung
2 Potentialanalyse
3 Geschäftsmodelle
4 Fazit
Seite 18SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Ebenen und Beteiligte von Elektrifizierungsprojekten
Betreiber KundeEnergie
TarifTarif muss kostendeckend
und bezahlbar sein
Energie muss zuverlässig und vorhersehbar sein
Operative Ebene
Prämissenebene
Staat Investor, Finanzier
Politik für erneuerbare Energien
Genehmigungen
Investitionssicherheit
Projektentwicklung
Genehmigungen einholen
Investor suchen
(kann auch Betreiber, Investor oder Staat sein)
umfassende Planung mit den Menschen vor Ort
System-integrator
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Seite 19SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Politische und Ökonomische Prämissen
Häufige Probleme/Erfahrungswerte
Staat Investor, Finanzier
Voraussetzungen> muss bereit sein, Tarife für Inselnetze zu
genehmigen, die oft höher sind, als im übrigen Land> muss gesetzliche Rahmenbedingungen schaffen
> Investor muss große Risiken eingehen> Finanzier muss bereit sein, ausreichend Kapital
(für Investor) zur Verfügung zu stellen
> Hohe anfängliche Investitionskosten> Währungsrisiken> Mangelnde Kreditverfügbarkeit> Hohe Transaktionskosten> Unzureichendes Vertrauen in Projektentwicklung> Mangelnde Sicherheit über die Laufzeit> Lokale Erwartungen an Investitionskosten und
Rücklaufzeiten
> Gesetzlicher Rahmen fehlt> Aufwändige Genehmigungsverfahren> Skepsis gegenüber erneuerbaren Energien> Hohe Einfuhrzölle> Monopol auf Energieversorgung> Finanzieller Sektor ist unterentwickelt
Voraussetzungen
Häufige Probleme/Erfahrungswerte
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Seite 20SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Projektentwicklung
Systemintegrator
Voraussetzungen Betrieb
> muss Genehmigungen einholen
> muss Investor und Finanzier finden
> muss derzeit häufig erst Rahmenbedingungen schaffen
> muss auf kulturelle Bedürfnisse eingehen
> muss für langfristigen Betrieb planen
> muss lokale Beteiligte einbinden und schulen
> muss nachhaltige Tarifstruktur gestalten
> muss dafür sorgen, dass Verantwortlichkeiten klar definiert sind
Häufige Probleme/Erfahrungswerte
> Mangelnde lokale Kenntnisse> Projekt nicht an lokale Begebenheiten angepasst> Mangelnde Kommunikation mit Gemeinschaft und Einbindung lokaler Player
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Seite 21SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Operative Ebene
Betreiberz.B. Unternehmer, Kommune,
Genossenschaft
Techniker
KundeHaushalte, Gewerbe
Kassierer
Energie
TarifTarif muss kostendeckend
und bezahlbar sein
Installation, Service, Wartung
Bezahlung der Tarife> muss anerkannt sein> muss Geld verdienen
> muss Wartung und Qualität sicherstellen
> muss ansprechbar sein und schnell reagieren
> muss Rücklagen tätigen und Gewinn machen
> muss technische Expertise haben
> muss Geld verdienen
> muss System verstehen> muss bereit sein zu bezahlen
Häufige Probleme/Erfahrungswerte> Wartung und Verantwortung für Betrieb wird vernachlässigt> Kontinuierliche Bedarfsanpassung nicht berücksichtigt> Schlechte Zahlungsmoral der Kunden
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Seite 22SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Best Practice: Ansätze existierender Geschäftsmodelle
> Finanzierung> Investitionskosten subventioniert und Betriebskosten über
Tarife abgedeckt
> Tarif subventioniert, um national gleiche Strompreise zu gewährleisten
> Sozialfonds oder Family Offices als Investor
> Betreiber> nationaler Energieversorger
> Ein-Betreibermodell – Betreiber hat viel Macht
> Genossenschaftsmodell – Dorfgemeinschaft muss Zugriff
auf technische Expertise haben
> Tarife> kein Prepaid – mehr Nichtbezahler; Gefahr von Schulden
> Prepaid ohne Zeitbegrenzung – weniger Planungssicherheit
> Intelligente Tarife – technisch sinnvoll, aber komplex; fördert Verständnis für System
Bilder: o. Namibia, 200 kWp Solarkraftwerk; u. Ruanda, Technikertraining [© Juwi Solar GmbH]
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Es existieren bereits gute Ansätze für Geschäftsmodelle, aber nur wenige erfolgreiche Umsetzungen
Seite 23SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
> Phase 1: Ladestationen (Franchise)> Akkubetriebene Leihlampen und Energiekoffer
> Aufladen von Handys, Lampen, Akkus etc.
> Leuchtmittel, Ersatzteile, Installationsmaterial
> Phase 2: Zusätzliche PV-Anlagen> zur Miete für öffentliche Einrichtungen und Kleingewerbe
> Wartung durch Kaïto-Personal
Wenn Energiebedarf steigt:
> Phase 3: Vernetzung zu AC-Netz> Neben PV weitere Energieerzeugung durch Pflanzenöl, Biogas, Wind
> Vernetzung aller installierter Stromversorger
> Mindestabnahme für Anschluss nötig
> Phase 4: Vernetzung von Dorfstromanlagen zu regionalen Energieclustern> Option für die Zukunft
Best Practice: KAÏTO-Phasenkonzept
4-Phasenkonzept [© KAITO Energie AG, München]
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Einzelne Phasen bauen aufeinander auf und werden in Abhängigkeit von Energiebedarf und Engagement der Bevölkerung realisiert
Seite 24SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
> Public Private Partnership (PPP)> Privater Investor besitzt Erzeugungseinheiten (Kraftwerksbetreiber)
> Gemeinschaft besitzt ortsfeste Komponenten (Inselnetzbetreiber)
> Mikrofinanzinstitution ermöglicht Investitionen in gewerbliche Tätigkeiten
> Sechs Monate Vertragslaufzeit> Regelmäßige Anpassung an Bedarf
> Ausreichende Planungssicherheit
> Zufriedenheit und guter Service durch regelmäßige Verhandlungen
> Verwendung von „Elektrizitätsblöcken“> Einheiten mit fester Energiemenge und bestimmter Leistung
> Nur für festgelegten Zeitraum verfügbar
> Zusätzliche Energie kann zu höheren Preisen bezogen werden
> Lastmanagement- und Abrechnungseinheit (LAE)> Lastabwurf nach festgelegten Prioritäten
> Prepayment-Zähler und Haushaltsanschluss
> Handel mit Elektrizitätsblöcken
Best Practice: INENSUS Mikroenergiewirtschaft
> Subventionen für Netz möglich> In Zukunft keine Subventionen mehr
nötig durch bewährtes Modell und gefestigtes Vertrauen.
Bilder: o. Techniker; u. LAE [© INENSUS]
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
Eigentumstrennung ermöglicht gegenseitige Qualitätskontrolle und flexible Beendigung des Geschäftsverhältnisses bei Nichteinhaltung von Verträgen
Seite 25SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Gliederung
1 Einleitung
2 Potentialanalyse
3 Geschäftsmodelle
4 Fazit
Seite 26SMA Stiftungsverbund gemeinnützige GmbH 28.09.2012
Fazit > Massiver Bedarf an ländlicher Elektrifizierung
> PV-basierte Inselnetze sind (wirtschaftlich) optimale Lösung
> Berücksichtigung von lokalen makroökonomischen Bedingungen
für Erfolg von Geschäftsmodellen wesentlich
> Finanzierung stellt enorme Hürde dar, muss früh adressiert werden
> Viele Voraussetzungen für Implementierung müssen oft erst geschaffen werden> Aufklärung über Vorteile u. Möglichkeiten erneuerbarer Energien
> Abbau von politischen u. wirtschaftlichen Hürden
> Schulung/Unterstützung lokaler Banken, Projektierer u. Unternehmen
> Vernetzung aller Bereiche
> Umsetzung und Präsentation nachhaltiger Projekte
> Für langfristigen Erfolg sollten sich Interessen von Nutzern, Betreibern, Finanziers und staatlichen Institutionen positiv ergänzen
[© KAITO Energie AG, München]
Mit erfolgreichen Pilotprojekten können Geschäftsmodelle reproduzierbar und die Elektrifizierung netzferner Regionen vorangetrieben werden
1. Einleitung | 2. Potentialanalyse | 3. Geschäftsmodelle | 4. Fazit
[Bild: ARE]
PV-basierte Inselnetze zur Elektrifizierung in Entwicklungsländern
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Bild
: Asa
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Sys
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s G
mbH
Danke für Ihre Aufmerksamkeit.
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