Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern 1 Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV) Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck (Geschäftsführer

Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern

1

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:

CH4O

…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

Start




Sonne und Wind …

?

?

?Die drei vorausgehenden Stufen werden im folgenden erläutert

14

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

40 GW

15

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

16

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Abdeckung

der

Residuallast

17

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 12:00 Uhr

18

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 15:00 Uhr

19

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 18:00 Uhr

20

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 21:00 Uhr

21

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 24:00 Uhr

22

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 03:00 Uhr

23

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 09:00 Uhr

24

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 13:30 Uhr

25

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

z.B. um 18:00 Uhr

26

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

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

27

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar 2011

Solar 2011

Residual-last

ungefähr gleich

Geringe Anforderungen an Regelbarkeit der konventionellen Kraftwerke

28

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

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

Lastkurve

Solar 2011

29

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

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

30

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Ungepufferte PV-Leistung

31

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Abdeckung d.

Residuallast

wird schwierig Ungepufferte PV-Leistung

Ca. 50 GW

Leis

tung

Uhrzeit

Abregelbare Kraftwerksleistung


Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke

32

Lastkurve

Ca. 50 GW

Leis

tung

Uhrzeit

Nicht abregelbare Kraftwerksleistung(„Mindestleistung“)

Abregelbare *) Kraftwerksleistung


Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke

33

Lastkurve

*) Aus didaktischen Gründen umgekehrte Reihenfolge

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Leis

tung

Nicht abregelbare Kraftwerksleistung


…abgeregelt

34

Lastkurve

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Leis

tung



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

35

Lastkurve

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Leis

tung




36

PV wird abgeregelt

Lastkurve

Ca. 50 GWLastkurve

Uhrzeit

Leis

tung




37

PV wird abgeregelt

Ca. 50 GWLastkurve

Uhrzeit

Leis

tung




38

PV wird abgeregelt

39

Lastkurve

40

Lastkurve

41

Lastkurve

42

Lastkurve

43

Lastkurve

44

Lastkurve

45

Vorbehalten ausschließlich für nicht abregelbare Kraftwerke

Lastkurve

46

Es sind Grundlastkraftwerke, die sich nicht völlig abregeln lassen

Lastkurve

47

Lastkurve

Für Solar- und Windenergie sowie Gaskraftwerke gesperrt

Warum Gaskraftwerke unwirtschaftlich werden

48

Jahres Lastkurvevereinfacht

Leistung

40 GW

80 GW

Winter Sommer HerbstFrühjahr

49

Leistung

40 GW

80 GW


Grundlast


50

Leistung

40 GW

80 GW

Mittellast


Grundlast


51

Leistung

40 GW

80 GW

Grundlast

Mittellast

Spitzenlast


52

Leistung

40 GW

80 GW

Grundlast

Mittellast

Spitzenlast


Nicht abregelba-rer Teil der Grundlast

53

Zahl der nicht abregelbaren Kraftwerke vermindern

1. Forderung

54

Quelle:

Anmerkung SFV:

Ersatz für die Grundlastkraftwerke

55

GasTurbinen KraftwerkGas- und Dampfturbinen-Kraftwerk

Quelle:

56

Lastkurve

Maßnahme 1

Grenze zum verbotenen Bereich

57

Lastkurve

Maßnahme 1

Grundlastkraftwerke zurückdrängenIhre Mindestleistung vermindernLaständerungsgradient erhöhen

58

Lastkurve

Maßnahme 1

Grundlastkraftwerke zurückdrängen

59

Lastkurve

Maßnahme 1


60

Lastkurve

Maßnahme 1


61

Aufgabe für PV-Anlagen:

Leistungsgradient vermindern

Erzeugungsspitze vermindern

Nachtversorgung übernehmen

62

Lastkurve

Mögliche Spielräume nutzen

Maßnahme 2

63

Lastkurve


64

Lastkurve


65

SFV - Vorschlag:

Solareinspeisungsspitzen kappen,

zwischenspeichern

abends und nachts einspeisen.

Pufferspeicher in Solaranlagen integrieren

66

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)

67



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

68Es fehlt noch ein vorschriftsmäßiger Batterieschrank

69




Speicher benötigen Gleichstrom… PV-Module liefern Gleichstrom

70





Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher

71





Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher

Autonome Regelmechanismen funktionieren auch ohne Steuerung durch Netzbetreiber

72

Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität

Peak

Leistung Peakleistung

1,0

Uhrzeit

Peak


1,0

Uhrzeit

Peak


1,0

0,3

Uhrzeit

Peak


1,0

0,3

Uhrzeit

Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak

Peak


1,0

0,3

Uhrzeit

Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak

Peak

3 kWh/kWp

3 kWh/kWp


1,0

0,3

Uhrzeit

Am Tag zu viel

Am Tag zu viel

Nachts zu wenig

Nachts zu wenig

Nachts zu wenig

Uhr

Solarleistung

Die Tagesspitzen

werden gespeichert

und füllen die nächtlichen Täler auf

Solarleistung

30% der Spitzen-leistung

Uhr

Direkteinspeisung

Einspeisung aus Speicher

Uhrzeit

An sonnigen Tagen… Einspeisung = 0,3 peakLeis

tung

in k

W /

kW

p

81

Solarstrom wird transportfähigStromnetz wird weniger belastet

82

Technische Umsetzung

Einspeiseobergrenzregler Pufferbatterie Netzstabilisierungsregler

MPP-Regler zieht jederzeit

maximale Leistung

Wechsel-richter

Ein-speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

83


maximale Leistung

Wechsel-richter

Batterie

Batterie-Ladegerät

Einspeise-Obergrenz- Regler

Überschuss

Batterie-management Ein-

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

0,3 Peak

84

85

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

86

87

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

88

Netzstabili-sierungs-

Regler

+ / - Kor-rektursignal

1. Zur energieintensiven

Industrie

Solarstrom

89

Grundlast-Strom

NiederspannungsnetzMitte

lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

Grundlast-Strom


Industrie

Solarstro

m

90Pufferspeicher machen Solarstrom transportfähig

Grundlast-Strom


lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz

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

Grundlast-Strom


Industrie

Solarstro

m

91

Grundlast-Strom


lspannun

gsnetz

Hochspannungsnetz


Grundlast-Strom

Pufferspeicher machen Solarstrom transportfähig


Industrie

Solarstro

m

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

Start



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.

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



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.



102

Gesetzliche Bestimmungen

Zur Ergänzung des EEG(SFV-Vorschlag)

§§

103

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

§§

104

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.

105

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

106

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.

§§

107

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.

§§

108

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

§§

109

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

§§

110

111

Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert

Jeweils aktuellste Fassung:




112

Alternativen ?Eigenverbrauch

Demand Side Management

113

Möglichkeiten der Abhilfe?

- Eigenverbrauch?- Demand Side Management?

Lastkurve

Konventionelle Leistung und

Netzbelastung bleiben

unverändert

PV ohne Puffer-

speicher

Uhr

Leis

tung

Minder-entnahme aus dem Netz

Minder-einspeisung ins Netz

Eigenverbrauchs-Optimierung

114

Lastkurve

Uhr

Konventionelle Leistung

Weniger Verbrauch

Mehr Verbrauch

PV ohne Puffer-

speicher

Lei

stu

ng

Demand Side Management

115

Stromspeicher

Das größte Problem der Stromspeicher?

Ihre Größe – ihr Landschaftsverbrauch

Hun

dert

Met

er h

ochp

umpe

n

In 2 Bleibatterien

OberbeckenPumpspeicherkraftwerk

ImPumpspeicherkraftwerk

100

Met

er

Größenvergleich von Speichern

4 Kubikmeter WasserIm Unterbecken

1 kWh speichern

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