Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern 1 Solarenergie-Förderverein...

Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern

Solarenergie-FördervereinDeutschland 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)

<nicht n

Ziel: EE-Strom für Wochen ohne

Wind und Sonne

Unser Ziel:

100 Prozent Erneuerbare Energien

(nicht nur Strom, sondern auch

Treibstoffe und Heizstoffe)

Auch bei mehreren Wochen ohne Wind und Sonne

Wind und Sonne

Strategische Reserve:

Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne

Dezentrale BHKW-Anlagen

KWK u. GuD-Kraftwerke

Wind und Sonne

EE-Methan im Gasnetz

Strategische Reserve: EE-Methan

Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne

Wind und Sonne

Gasanschluss

Wind und Sonne

EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher

Bei fehlendem Gasanschluss:

…erzeugen aus CO2 und H2O …

EE-Methanol

EE-Methan . Dezentrale

KWK-Anlagen

Wind und Sonne

EE-Methanol

KWK-Anlagen

Wind und Sonne

Vergleichmäßigte Überschüsse aus

Sonne und Wind …

EE-Methanol

KWK-Anlagen

Wind und Sonne

Sonne und Wind …

?Die drei vorausgehenden Stufen werden im folgenden erläutert

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Abdeckung

Residuallast

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 12:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 15:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 18:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 21:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 24:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 03:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 09:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 13:30 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 18:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 12:00 UhrResidual-

last z.B. um 03:00 Uhr

Residual-last

z.B. um 18:00 Uhr

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

Solar 2011

Residual-last

ungefähr gleich

Geringe Anforderungen an Regelbarkeit der konventionellen Kraftwerke

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden?

Lastkurve

Solar 2011

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden?

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Ungepufferte PV-Leistung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Abdeckung d.

Residuallast

wird schwierig Ungepufferte PV-Leistung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Abregelbare Kraftwerksleistung

Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke

Lastkurve

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Nicht abregelbare Kraftwerksleistung(„Mindestleistung“)

Abregelbare *) Kraftwerksleistung

Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke

Lastkurve

*) Aus didaktischen Gründen umgekehrte Reihenfolge

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Nicht abregelbare Kraftwerksleistung

…abgeregelt

Lastkurve

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen?

Lastkurve

Ca. 50 GW

Uhrzeit

PV wird abgeregelt

Lastkurve

Ca. 50 GWLastkurve

Uhrzeit

PV wird abgeregelt

Ca. 50 GWLastkurve

Uhrzeit

PV wird abgeregelt

Lastkurve

Vorbehalten ausschließlich für nicht abregelbare Kraftwerke

Lastkurve

Es sind Grundlastkraftwerke, die sich nicht völlig abregeln lassen

Lastkurve

Für Solar- und Windenergie sowie Gaskraftwerke gesperrt

Warum Gaskraftwerke unwirtschaftlich werden

Jahres Lastkurvevereinfacht

Leistung

Winter Sommer HerbstFrühjahr

Leistung

Grundlast

Leistung

Mittellast

Grundlast

Leistung

Grundlast

Mittellast

Spitzenlast

Leistung

Grundlast

Mittellast

Spitzenlast

Nicht abregelba-rer Teil der Grundlast

Zahl der nicht abregelbaren Kraftwerke vermindern

1. Forderung

Quelle:

Anmerkung SFV:

Ersatz für die Grundlastkraftwerke

GasTurbinen KraftwerkGas- und Dampfturbinen-Kraftwerk

Quelle:

Lastkurve

Maßnahme 1

Grenze zum verbotenen Bereich

Lastkurve

Maßnahme 1

Grundlastkraftwerke zurückdrängenIhre Mindestleistung vermindernLaständerungsgradient erhöhen

Lastkurve

Maßnahme 1

Grundlastkraftwerke zurückdrängen

Lastkurve

Maßnahme 1

Lastkurve

Maßnahme 1

Aufgabe für PV-Anlagen:

Leistungsgradient vermindern

Erzeugungsspitze vermindern

Nachtversorgung übernehmen

Lastkurve

Mögliche Spielräume nutzen

Maßnahme 2

Lastkurve

SFV - Vorschlag:

Solareinspeisungsspitzen kappen,

zwischenspeichern

abends und nachts einspeisen.

Pufferspeicher in Solaranlagen integrieren

Warum Integration in die PV-Anlage?

Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen

(Es entstehen keine weiteren störenden Solarleistungsspitzen)

Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern

68Es fehlt noch ein vorschriftsmäßiger Batterieschrank

Speicher benötigen Gleichstrom… PV-Module liefern Gleichstrom

Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher

Autonome Regelmechanismen funktionieren auch ohne Steuerung durch Netzbetreiber

Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität

Leistung Peakleistung

Uhrzeit

Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak

Uhrzeit

Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak

3 kWh/kWp

Uhrzeit

Am Tag zu viel

Nachts zu wenig

Solarleistung

Die Tagesspitzen

werden gespeichert

und füllen die nächtlichen Täler auf

Solarleistung

30% der Spitzen-leistung

Direkteinspeisung

Einspeisung aus Speicher

Uhrzeit

An sonnigen Tagen… Einspeisung = 0,3 peakLeis

Solarstrom wird transportfähigStromnetz wird weniger belastet

Technische Umsetzung

Einspeiseobergrenzregler Pufferbatterie Netzstabilisierungsregler

MPP-Regler zieht jederzeit

maximale Leistung

Wechsel-richter

Ein-speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

maximale Leistung

Wechsel-richter

Batterie

Batterie-Ladegerät

Einspeise-Obergrenz- Regler

Überschuss

Batterie-management Ein-

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

0,3 Peak

PV-Anlagen übernehmen neue Aufgaben:

Netzstabilisierung

maximale Leistung

Wechsel-richter

Batterie

Batterie-Ladegerät

Überschuss

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

Netzstabili-sierungs-

Regler

+ / - Kor-rektursignal

0,3 Peak

PV-Anlagen können auch Eigenversorgung

übernehmen wie ein Notstromaggregat

maximale Leistung

Wechsel-richter

Batterie

Batterie-Ladegerät

Überschuss

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

Haushalt Stromverbraucher

Verbrauchs

Zähler

0,3 Peak

Netzstabili-sierungs-

Regler

+ / - Kor-rektursignal

1. Zur energieintensiven

Industrie

Solarstrom

Grundlast-Strom

NiederspannungsnetzMitte

lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

Grundlast-Strom

Industrie

Solarstro

90Pufferspeicher machen Solarstrom transportfähig

Grundlast-Strom

lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion

Grundlast-Strom

Industrie

Solarstro

Grundlast-Strom

lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

Grundlast-Strom

Pufferspeicher machen Solarstrom transportfähig

Industrie

Solarstro

92Grundlaststrom verstopft Hochspannungsnetze

Grundlast-Strom

lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

?Grundlast-Strom

Grundlast-Strom

Industrie

Solarstrom

93Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz

lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion

Grundlast-Strom

Industrie

Solarstrom

94Bei Sonnenschein Versorgung der Industrie rund um die Uhr

lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion

EE-Methanol

KWK-Anlagen

Wind und Sonne

Großindustrielle Aufgabe

EE-Methanol

KWK-Anlagen

Wind und Sonne

Sonne und Wind …

EE-Methanol

KWK-Anlagen

Wind und Sonne

Sonne und Wind …

Pufferspeicher für PV-Anlagen

Pufferspeicher für Windparks

EE-Methanol

EE-Methan .

PV-Überschüsse auch nachts verfügbar

Wind-Überschüsse werden geglättet

Dezentrale KWK-

Anlagen

Wind und Sonne

Grundlastkraft-werke stilllegen

Überschüsse werden nicht mehr abgeregelt

Sonne und Wind …

Die benötigte Technik für Solarstrom-Pufferspeicher wird unter einer anderen Bezeichnung (Speicher für unterbrechungsfreie Stromversorgungen oder Speicher zur Erhöhung des Eigenverbrauchs von Solaranlagen) bereits seit vielen Jahren angeboten.

Speziell für Solarstrom-Pufferspeicher ist die Zeit zur Markteinführung längst gekommen. Der SFV hat bereits vor einem Jahr einen Vorschlag für die Markteinführung von Pufferspeichern in Kombination mit Solarstromanlagen im EEG vorgelegt.

Die benötigte Technik für Solarstrom-Pufferspeicher wird unter einer anderen Bezeichnung (Speicher für unterbrechungsfreie Stromversorgungen oder Speicher zur Erhöhung des Eigenverbrauchs von Solaranlagen) bereits seit vielen Jahren angeboten.

Speziell für Solarstrom-Pufferspeicher ist die Zeit zur Markteinführung längst gekommen. Der SFV hat bereits vor einem Jahr einen Vorschlag für die Markteinführung von Pufferspeichern in Kombination mit Solarstromanlagen im EEG vorgelegt.

Technologieoffene Markteinführung wird – das beweist das EEG – viel schneller als isolierte Forschungsprogramme zu Erfolgen führen, die uns der notwendigen Massenproduktion und der damit verbundenen Preissenkung näher bringen.

Gesetzliche Bestimmungen

Zur Ergänzung des EEG(SFV-Vorschlag)

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

2. Speicherbereitstellungsvergütung §§Absatz 1Für die Integration eines Pufferspeichers in eine auf 0,3 der Peakleistung leistungsreduzierte PV-Anlage wird eine jährliche Speicherbereitstellungsvergü-tung 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.

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.

§§§ 33 a EEG

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 Speicher-bereitstellungsvergütung erhöht sich dann um 50 Cent/kWp für jeden vollen Monat vorgezogenen Speichereinsatz.

Absatz 2Der 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.

5. Degression der Speicherbereitstellungsvergütung

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

6. Eigenverbrauch oder Eigenvermarktung

Eigenverbrauch des Solarstroms ist zulässig, wird aber nicht zusätzlich vergütet

§ 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.

7. Integration von Pufferspeichern in PV-Anlagen befreit Netzbetreiber nicht von ihrer Verantwortung für eigene Stromspeicherung

Nachträgliche Einfügung in rot.

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

Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert

Jeweils aktuellste Fassung:

http://www.sfv.de/artikel/speicherausbau.htm

Alternativen ?Eigenverbrauch

Demand Side Management

Möglichkeiten der Abhilfe?

- Eigenverbrauch?- Demand Side Management?

Lastkurve

Konventionelle Leistung und

Netzbelastung bleiben

unverändert

PV ohne Puffer-

speicher

Minder-entnahme aus dem Netz

Minder-einspeisung ins Netz

Eigenverbrauchs-Optimierung

Lastkurve

Konventionelle Leistung

Weniger Verbrauch

Mehr Verbrauch

PV ohne Puffer-

speicher

Demand Side Management

Stromspeicher

Das größte Problem der Stromspeicher?

Ihre Größe – ihr Landschaftsverbrauch

In 2 Bleibatterien

OberbeckenPumpspeicherkraftwerk

ImPumpspeicherkraftwerk

Größenvergleich von Speichern

4 Kubikmeter WasserIm Unterbecken

1 kWh speichern

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