Energiespeicher – Bedeutung für das Gelingen der Energiewende · 2018-08-22 · 33.000 300 36.200 0 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 Installierte Leistung

BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

www.bdew.de

HTW-Symposium

„Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende“

Energiespeicher – Bedeutung für das Gelingen der Energiewende

Mathias Timm, BDEW e. V.

Berlin, 02.07.2015


Übersicht

1. Einführung / Energiewende

2. Flexibilitätsbedarf

3. Energiespeicher / Speicherdienstleistungen

4. Energy-Only-Markt / Regelenergiemarkt

5. Regulierung & Gesetzeslage

6. Fazit

Mathias Timm Seite 2

Berlin, 02.07.2015

www.bdew.de BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

1. Einführung / Energiewende


Berlin, 02.07.2015


1. Energiewende / Politische Ziele im Strombereich

Ausstieg aus der Kernenergienutzung bis 2022

Reduzierung des Stromverbrauchs:

10 % bis 2020

25 % bis 2050

Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch

(heute ~ 28 %):

Quelle: Energiekonzept der Bundesregierung 2011 / Koalitionsvertrag 2013, EEG 2014, BDEW (Stand 05/2014)

4% 5% 5% 6% 7% 7% 8% 8% 9% 10% 12%

14% 15% 16% 17% 20%

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1. Brutto-Stromerzeugung 2014


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203

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MW

thermische Abfallbehandlung Wasserkraft >5 MW* Wasserkraft <5MW*

Biomasse Wind-Onshore Wind-Offshore

Photovoltaik Geothermie**

EEG StrG

1. Installierte Leistung Erneuerbare Energien

Maximale Last: ca. 82.000 MW

Minimale Last: ca. 35.000 MW

2015

Quelle: BDEW, BMU-Leitstudie 2011 * Aufteilung teilweise geschätzt; **Geothermie nicht sichtbar (2011: 10 MW)


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1. „Rollentausch“

konventionelle Energieträger:

ca. 80%

Erneuerbare: ca. 20%

2012

Quellen: BDEW, AG Energiebilanzen,Stand: 08/2012; Ziele der BR

konventionelle Energieträger:

ca. 20%

Erneuerbare: ca. 80%

Zieljahr 2050

Anteil der Erneuerbaren Energien am Brutto-Inlandsstromverbrauch in Deutschland:


Berlin, 02.07.2015

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2. Flexibilitätsbedarf


2. Regionaler Bedarf an Energiespeichern

Die Erneuerbare-Energien-Einspeisung im 20 kV-Netz in Falkenhagen (E.ON P2G-

Pilotanlage) zeigt, dass bereits heute in einzelnen Regionen Speicher nützlich sind.

Quelle: E.ON


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2. Wind und PV / Beitrag zur gesicherten Leistung

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Installierte Leistung Gesicherte Leistung

PV

Wind-Onshore

Quelle: Eigene Darstellung

nach „Bericht der deutschen

ÜNB zur Leistungsbilanz

2014 nach EnWG § 12 Abs.

4 und 5“, Stand: 30.09.2014

MW


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2. Zusammenspiel von EE und Backup-KW

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€/M

Wh

MW

Wind Photovoltaik Stromverbrauch Spotpreis [€/MWh]

Samstag,

15.06.2013

Sonntag,

16.06.2013

Montag,

17.06.2013

Dienstag,

18.06.2013

Mittwoch,

19.06.2013

-100 €/MWh

Quellen: Übertragungsnetzbetreiber, EEX, BDEW (eigene Berechnungen)

Residuallast: 15.938 MW

65 % Lastabdeckung

durch Wind & PV

8 Stunden später Residuallast: 45.837MW

3 % Lastabdeckung

durch Wind & PV


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3. Energiespeicher /

Speicherdienstleistungen


3. Energiespeichertechnologien

Pumpspeicherkraftwerke

Power-to-Gas

Batterien E-Mobility

Power-to-Heat


Berlin, 02.07.2015


3. PSW in Mitteleuropa

Übersicht über Pumpspeicherkraftwerke (> 300 MW) in D, A, CH, LUX

PSW Wehr(980 MW)

Stauinhalt: 4,4 Mio. m³

PSW Säckingen (370 MW)


PSW Grimsel II (311 MW)

Stauinhalt: ... Mio. m³

PSW Goldisthal (1.060 MW)


PSW Hohenwarte II (320 MW


PSW Markersbach (1.050 MW)


PSW Kops II (450 MW)

Stauinhalt: 43 Mio. m³

PSW Waldeck II (480 MW)


PSW Vianden (1.096 MW)


Bestand PSW

Installierte Leistung in

Deutschland:

ca. 7.000 MW

Installierte Leistung am

deutschen Stromnetz:

ca. 9.000 MW

Speicherkapazität in

Deutschland:

ca. 40 GWh

Quelle: BDEW, Stand 2013


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3. PSW-Projekte in Mitteleuropa

Neubau

Erweiterung

Ausbau-Potenzial PSW

Geplante Projekte (bis 2025): ca. 3.000 MW

Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH:

Baden-Württemberg: 201 „konfliktarme“

Standorte mit 116 GW Gesamtleistung und

928 GWh Arbeitsvermögen)

Thüringen: 10 Standorte mit einer

Gesamtleistung von 4,8 GW bzw. 38,7 GWh

Bayern: 16 „besonders geeignete“ Standorte

mit einer Gesamtleistung von 11 GW bzw.

16 GWh)

Fichtner GmbH & Co. KG:

Niedersachsen: 83 PSW-Standorte mit einer

Gesamtleistung von 19,6 GW und einer

Speicherkapazität von 98,2 GWh (die 10

wirtschaftlichsten Standorte: 3,8 GW und

19,2 GWh).

Realisierung derzeit unwahrscheinlich! Quelle: BDEW (Stand 2014), HPI (2012/2014), Fichtner (2014)


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3. (Groß-)Batteriespeicherprojekte (Beispiele)

Battery Park Schwerin

(WEMAG)

Li-Ionen

5 MW / 5 MWh

Primärregelleistung

Präqualifikation:

08/2014

Technology Center Berlin

(Younicos)/Vattenfall/

Li-Ionen & Sodium Sulfur

1.2 MW / 6.2 MWh

Primärregelleistung

Präqualifikation: 12/2012

RRKW Feldheim

(Energiequelle & Enercon)

Li-Ionen

10 MW / 6,5 MWh

Inbetriebnahme (final):

vrsl. 2015

Stromspeich. Braderup

(Bosch & BWP )

Li-Ionen & Vanadium-

Redox-Flow

2+0,25 MW / 2+1 MWh

Inbetriebnahme:

07/2014 (Li-Ionen)

Quelle: Younicos, Bosch, Energiequelle


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3. Hausspeicher (Beispiele)

Quelle: BDEW, WEMAG, RWE. EWE

EWE-EQOO

(5,4 bis 8,1 kWh)

WEMAG ReeVOLT!

(bis 5 kWh)

RWE HomePower

(4,5 bis 13,5 kWh)


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3. P2G-Projekte in Deutschland

Quelle: Eigene Darstellung nach Daten der

dena-Strategieplattform “Power to Gas“

Wasserstofftankstelle HafenCity

Audi e-gas Projekt

RWE-Demonstrationsanlage

H2Herten

CO2RRECT

Methanisierung am Eichhof BioPower2Gas

HYPOS

Energiepark Mainz Thüga-Demonstrationsanlage

Verbundprojekt "Power-to-Gas"

Hybridkraftwerk Prenzlau

Pilotanlage Falkenhagen

Multi-Energie-Tankstelle H2BER

H2-Forschungszentrum Cottbus

Windpark RH2-WKA

sunfire Power-to-Liquids

Mikrobielle Methanisierung

Power-to-Gas im Eucolino


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3. Bereitstellung von Systemflexibilität durch

Energiespeicher (technologieabhängig)

Erzeugungsausgleich: Spotmärkte und Terminmärkte (Börse und OTC)

Bereitstellung von Systemdienstleistungen (heute: v. a. durch konv. Kraftwerke):

Netzengpassmanagement (insb. Redispatch)

Gradientensteuerung (Ramping) Betriebsführung

Primärregelleistung (positiv und negativ)

Sekundärregelleistung (positiv und negativ)

Minutenreserveleistung (positiv und negativ)

Momentanreserve (sofortige Frequenzstützung)

Frequenzhaltung durch

Wirkleistungsregelung

Bereitstellung von Kurzschlussleistung

Bereitstellung von Blindleistung

Spannungshaltung

und -qualität

Schwarzstartfähigkeit

Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)

Beitrag zur gesicherten Leistung

Versorgungssicherheit

und -wiederaufbau

Quelle: angelehnt an „Sterner, M; Stadler, I; Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration, Springer-Vieweg

Verlag Heidelberg, Berlin, New York (2014).“


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3. Bedeutung von Energiespeichern / Blackout 2006

Quelle: BDEW, ÜNB, Wikipedia

4. November 2006 (22:10 Uhr): Störung im europäischen Verbundnetz

(erstreckt sich von Portugal bis Polen und von Dänemark bis

Griechenland) versorgt 450 Mio. Menschen

Betroffen: 10 Mio. Menschen in Deutschland (EU: 120 Mio. Menschen)

Ursache: Fehler bei der planmäßigen Abschaltung einer 380-kV-

Freileitung in der Regelzone von E.ON (heute TenneT TSO)

Überlastung in benachbarten Leitungen (zu diesem Zeitpunkt flossen

ca. 10.000 MW Strom nach West- und Südeuropa)

Europaweite Kettenreaktionen, das europäische Netz teilte sich

in drei Netzblöcke Trennungslinie quer durch Deutschland

und Österreich

Starten großer PSW-Kapazitäten (ca. 3.000 MW) in der

Regelzone von Vattenfall Europe Transmission (heute 50Hertz

Transmission) in wenigen Minuten Reduzierung der

entstandenen Überfrequenz (Ergebnis: „Blackout“ konnte in

diesem Netzblock verhindert werden)

In den übrigen Regelzonen in Deutschland gelang auch

aufgrund der dortigen PSW der Netzwiederaufbau

(Schwarzstart)


Berlin, 02.07.2015


3. Bedeutung von Energiespeichern / Vermeidung

eines Blackouts am 28. März 2012

Ausfall der 380-kV-Freileitung Wolmirstedt–Helmstedt

(21:06 Uhr bis 01:05 Uhr) bei 9,3 GW Windeinspeisung

(installierte Leistung in 50Hertz-Regelzone: 11,6 GW)

Überlastung der gesamten 380-kV-Nord-Süd-Leitungen

Umschalten der PSW „Goldisthal“, „Hohenwarte 2“ und

„Markersbach“ in wenigen Minuten von +500 MW

Turbinenbetrieb auf -1.000 MW Pumpbetrieb

Sofortige Entlastung

im gesamten 380-kV-

Netz und Vermeidung

eines (ggf. länder-

übergreifenden)

Blackouts

Quelle: Vattenfall („Wissen | 05 Daten, Fakten, Einblicke in die Energiewirtschaft Pumpspeicherwerke“)


Berlin, 02.07.2015

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Michael Metternich 15.08.11

4. Energy-Only-Markt / Regelenergiemarkt


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4. Preisentwicklung an der Strombörse (II) Spotmarkt Tagesindizes (01.01.2011 – 04.11.2014)

Quelle: EEX, BDEW

Peak: 57,12 €/MWh

Base: 51,15 €/MWh

Peak: 48,51 €/MWh

Base: 42,60 €/MWh

Peak: 43,13 €/MWh

Base: 37,78 €/MWh

Diff: 5,97 €/MWh Diff: 5,91 €/MWh Diff: 5,35 €/MWh

Peak: 35,67 €/MWh

Base: 32,30 €/MWh

Diff: 3,37 €/MWh

EPEX Spot Tagesindizes Phelix Day Base/Phelix Day Peak (gleitender 30-Tages-Duchschnitt)

201 2 2011 2013 2014


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4. Spotmarktpreis / Peak-Off-Peak-Spread Monatsmittelwerte am Intra-Day-Markt (2012 – 2014)

Quellen: Eigene Darstellung nach EEX, BDEW * Monatlicher Durchschnittspreis

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in €

/MW

h

Average Peak-Off-Peak-Spread Average Low Price Average High Price

Peak-Off-Peak-

Spread < 20 EUR /

MWh

EPEX Spot Intra-Day-Strom-Handel


Berlin, 02.07.2015


4. Speicherbetrieb unrentabel

Quelle: EnBW 2012

Mit sinkenden Spreads

verliert das Geschäftsmodell

von PSW seine Grundlage


Berlin, 02.07.2015


4. Überblick EOM und Regelenergiemarkt

• Wöchentliche Ausschreibung

• 1 Produkt (Leistungspreis)

• Wöchentliche Ausschreibung

• 4 Produkte (POS/NEG/HT/NT)

(Leistungs- und Arbeitspreis)

• Tägliche Ausschreibung

• 12 Produkte

(Leistungs- und Arbeitspreis)

Leistung

30 Sek. 5 Min. 15 Min.

Minutenreserve(MRL)

- Gebotsuntergrenze: 5 MW

- Aktivierung: <15 Min.

Primärregelung (PRL)


- Aktivierung: <30 Sek.

Sekundärregelung (SRL)


- Aktivierung: <5 Min.

Energy-Only-Markt:

Terminmarkt Phelix Futures (Baseload-, Peakload- und Off-Peak- Kontrakte)

langfristige Geschäfte mit z.T. mehrjährigen Laufzeiten

Spot-Markt (Day-Ahead-Markt, Intra-Day-Markt)

Regelenergiemarkt:

Quelle: Eigene Darstellung


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4. Regelenergiemarkt / Entwicklung der Leistungspreise

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2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Leis

tun

gsp

reis

(EU

R/M

Wh

)

Mittlere Leistungspreise

PRL SRL Pos SRL Neg MRL Pos MRL Neg

Mittlere Leistungspreise entsprechen einem Leistungsgewichteten Mittel [€/MWh] Quelle: BDEW


Berlin, 02.07.2015


4. Regelenergiemarkt / Entwicklung der Arbeitspreise

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eit

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Monat

Mittlerer Arbeitspreis

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SRL Neg

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MRL Neg

Einführung negativer

Arbeitspreise

Quelle: BDEW


Berlin, 02.07.2015

BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. Seite 29

Michael Metternich 15.08.11

5. Regulierung & Gesetzeslage


Berlin, 02.07.2015


5. Problem: Speicher = Letztverbraucher?

Funktion Energiespeicher:

Stromerzeugung Letztverbraucher Stromnetz

Energiespeicher Wärme- / Gasnetz Im existierenden Rechtsrahmen

gibt es die Systemkomponente

“Energiespeicher” nicht.

Situation

heute

Quelle: Eigene Darstellung (BDEW)


Berlin, 02.07.2015


EEG-Umlage (§ 60 Abs. 3 EEG 2014): Ausschließlich „Strom-zu-Strom-Speicher“ (Power-to-x-to-Power-Anlagen) sind von der

EEG-Umlage befreit (v. a. PSW und Batteriespeicher)

Netzentgelte (§ 118 Abs. 6 EnWG): Bislang profitieren gem. § 118 Abs. 6 EnWG nur neue Stromspeicher und „Power-to-Gas-

Anlagen“ und modernisierte PSW von einer zeitlich befristeten Netzentgeltbefreiung.

Stromsteuer (§ 9 Abs. 1 Nr. 2 StromStG): Befreiung der „Stromentnahme zur Stromerzeugung“ gilt bislang nur für PSW

Weitere Kosten- und Abgaben

KWK-Umlage

Konzessionsabgaben

§ 19 Abs. 2 StromNEV-Umlage

Umsatzsteuer

Offshore-Haftungsumlage

5. Gesetzliche Regelungen zu Energiespeichern

Folge: Der Peak-/Off-Peak-Spread

wird weiter verringert!


Berlin, 02.07.2015


5. Aktivitäten des Gesetzgebers

• Seit 2008 erfolgten nur wenige Verbesserungen der gesetzlichen Rahmenbe-

dingungen für einzelne Energiespeichertechnologien durch den Gesetzgeber,

sie lösten das Grundproblem nicht!

• Der Koalitionsvertrag zwischen CDU/CSU und SPD enthält erstmalig auf Seite

57 ein eigenes Kapitel zu Energiespeichern („Speicher“):

Prüfung des technisch und wirtschaftlich verfügbaren Speicherpotenzials

Technologieneutrale Ausgestaltung der Rahmenbedingungen für Energie-

speicher Koalition will, „dass Pumpspeicherwerke auch künftig ihren

Beitrag zur Netzstabilität wirtschaftlich leisten können.“

Überprüfung der Letztverbraucher-Pflichten von Energiespeichern

Fortführung des bereits angelegten Forschungsprogramms

• ABER: Im Rahmen der aktuellen EEG-Novelle erfolgten trotz der o. g. Ab-

sichtserklärung des Gesetzgebers keine Verbesserungen der regulatorischen

Rahmenbedingungen für Energiespeicher.


Berlin, 02.07.2015


Der BDEW hat am 6. Juni 2014 einen Vorschlag für eine

„Definition des Begriffes ‚Energiespeicher‘“ und für eine

Befreiung entsprechender Anlagen von Netzentgelten und

Letztverbraucherabgaben vorgelegt.

Im Detail:

Einheitliche Definition des Begriffes „Energiespeicher“

sowie der Unterkategorien „Stromspeicher im

Stromversorgungssystem“ und „Gasspeicher im

Gasversorgungssystem“ im EnWG sowie in weiteren

relevanten Gesetzen.

Vorschläge zur Befreiung von Stromspeichern im

Stromversorgungssystem von (Strom-)Netzentgelten

Befreiung von Stromspeichern im Stromversorgungssystem

und weiteren Energiespeichern von der EEG-Umlage (insofern

letztere der Markt- und Systemintegration der EE dienen)

5. Definition „Energiespeicher“ durch BDEW

Online unter:

http://www.bdew.de

Adressierung weiterer für Energiespeicher existierender Hemmnisse (Ein- und

Ausspeicherentgelte für Gasspeicher, EEG-Umlage für Trinkwasserturbinen etc.)


Berlin, 02.07.2015

http://www.bdew.de/internet.nsf/id/energiespeicher-de




www.bdew.de BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

6. Fazit


Berlin, 02.07.2015


6. Fazit (I)

Die Bedeutung von Energiespeichern steigt mit dem Voranschreiten der

Energiewende:

Ausbau v. a. dargebotsabhängiger Erneuerbarer Energien (Wind und PV)

Ausscheiden konventioneller Back-up-Kraftwerke

steigender Flexibilitätsbedarf zur Aufrechterhaltung der Systemstabilität und

Versorgungssicherheit

Flexibilitätsbedarf (technisch): Energiespeicher und andere Flexibilitätsoptionen

sind zunehmend wichtig, um Systemdienstleistungen und weitere Speicherdienst-

leistungen im System bereitzustellen und damit die Versorgungssicherheit zu

gewährleisten

Je nach Anforderung im System, sind unterschiedliche Energiespeichertechno-

logien erforderlich, um die gewünschte Speicher- / Systemdienstleistungen bereit-

zustellen.


Berlin, 02.07.2015


6. Fazit (II)

Das aktuelle Strommarktdesign (EOM und Regelenergiemarkt) bilden aktuell

diesen physikalischen Flexibilitätsbedarf ökonomisch nicht ausreichend ab. Eine

Reform des Marktdesigns ist erforderlich, um das hohe Maß an

Versorgungssicherheit in Deutschland auch in Zukunft sicherzustellen.

Die rechtlichen Rahmenbedingungen stellen heute ein zusätzliches Hemmnis für

den Betrieb von Energiespeichern dar; die Systemkomponente „Energiespeicher“

existiert nicht!

Definition des Begriffes „Energiespeicher“ sowie der Unterkategorien

„Stromspeicher im Stromversorgungssystem“ und „Gasspeicher

im Gasversorgungsystem“ im EnWG sowie in weiteren relevanten

Gesetzen.

Befreiung von Netzentgelten und Letztverbraucherabgaben!

F&E-Maßnahmen zur weiteren Entwicklungen der Energiespeichertechnologien

(neue Batteriespeicher, P2G, neue PSW)


Berlin, 02.07.2015

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Mathias Timm

Fachgebietsleiter „Energiespeicher und Wasserkraft“

Geschäftsbereich Erzeugung

BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V., Berlin

Telefon: 030 300199-1316

E-Mail: [email protected]

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