zusammenwirken von photovoltaik, windkraft und stromspeichern

Zusammenwirken von Photovoltaik,

Windkraft und Stromspeichern

1

Solarenergie-Förderverein

Deutschland 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

Dezentrale

BHKW-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

EE-Methan im

Gasnetz

Strategische Reserve:

EE-Methan

(Power to Gas)

100 Prozent Erneuerbare Energien

Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne

Dezentrale

BHKW-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

EE-Methan im

Gasnetz

Gasanschluss

Dezentrale

BHKW-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

EE-Methan im

Gasnetz

EE-Methanol in

Tanks beim

Verbraucher Bei fehlendem Gasanschluss:

Strategische Reserve:

EE-Methanol

(Power to Liquid)

…erzeugen aus

CO2 und H2O …

EE-Methanol

EE-Methan . Dezentrale

KWK-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

EE-Methan im

Gasnetz

EE-Methanol in

Tanks beim

Verbraucher

Vergleichmäßigte

Überschüsse aus

Sonne und Wind …

…erzeugen aus

CO2 und H2O …

EE-Methanol


KWK-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

Start

EE-Methan im

Gasnetz

EE-Methanol in

Tanks beim

Verbraucher

Vergleichmäßigte

Überschüsse aus

Sonne und Wind …

?

?

? Die drei vorausgehenden Stufen werden im folgenden erläutert

12

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

40 GW

13

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

14

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

15

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-

last z.B. um 12:00 Uhr

16

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


17

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


18

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


19

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


20

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


21

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


22

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


23

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


24

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-


Residual-


Residual-


25

Lastkurve

Uhrzeit

Leistung

10 GW

40 GW

Solar

2011

Solar

2011

Residual-

last ungefähr gleich

Geringe

Anforderungen an

Regelbarkeit der

konventionellen

Kraftwerke

26

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Was würde

geschehen, wenn

weitere ungepufferte

PV-Anlagen

hinzugebaut würden?

Lastkurve

Solar

2011

27

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Was würde

geschehen, wenn

weitere ungepufferte

PV-Anlagen

hinzugebaut würden?

28

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Ungepufferte

PV-Leistung

29

Leis

tung

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Lastkurve

Ungepufferte

PV-Leistung

Ca. 50 GW

Leis

tung

Uhrzeit

Abregelbare

Kraftwerksleistung

Ungepufferte

PV-Leistung

Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke

30

Lastkurve

Ca. 50 GW

Leis

tung

Uhrzeit

Nicht abregelbare

Kraftwerksleistung

(„Mindestleistung“)

Abregelbare *)

Kraftwerksleistung

Ungepufferte

PV-Leistung

Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke

31

Lastkurve

*) Aus didaktischen Gründen

umgekehrte Reihenfolge

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Leis

tung

Nicht abregelbare

Kraftwerksleistung

Ungepufferte

PV-Leistung

…abgeregelt

32

Lastkurve

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Leis

tung

Nicht abregelbare

Kraftwerksleistung

Ungepufferte

PV-Leistung

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

33

Lastkurve

Ca. 50 GW

Uhrzeit

Leis

tung

Nicht abregelbare

Kraftwerksleistung

Ungepufferte

PV-Leistung


34

PV wird

abgeregelt

Lastkurve

Ca. 50 GW Lastkurve

Uhrzeit

Leis

tung

Nicht abregelbare

Kraftwerksleistung

Ungepufferte

PV-Leistung


35

PV wird

abgeregelt

Ca. 50 GW Lastkurve

Uhrzeit

Leis

tung

Nicht abregelbare

Kraftwerksleistung

Ungepufferte

PV-Leistung


36

PV wird

abgeregelt

37

Lastkurve

38

Lastkurve

39

Lastkurve

40

Lastkurve

41

Lastkurve

42

Lastkurve

43

Vorbehalten ausschließlich für

nicht abregelbare Kraftwerke

Lastkurve

44

Es sind Grundlastkraftwerke, die

sich nicht völlig abregeln lassen

Lastkurve

45

Lastkurve

Für Solar- und Windenergie

sowie Gaskraftwerke gesperrt

Warum Gaskraftwerke unwirtschaftlich werden

46

Jahres

Lastkurve

vereinfacht

Leistung

40 GW

80 GW

Winter Sommer Herbst Frühjahr

47

Leistung

40 GW

80 GW


Grundlast

Jahres

Lastkurve

vereinfacht

48

Leistung

40 GW

80 GW

Mittellast


Grundlast

Jahres

Lastkurve

vereinfacht

49

Leistung

40 GW

80 GW

Grundlast

Mittellast

Spitzenlast


50

Leistung

40 GW

80 GW

Grundlast

Mittellast

Spitzenlast


Nicht

abregelba-

rer Teil der

Grundlast

51

Zahl der nicht

abregelbaren

Kraftwerke

vermindern

1. Forderung

52

Quelle:

53

GasTurbinen Kraftwerk

Gas- und Dampfturbinen-

Kraftwerk

Quelle:

54

Lastkurve

Maßnahme 1

Grenze zum verbotenen

Bereich

55

Lastkurve

Maßnahme 1

Grundlastkraftwerke zurückdrängen

Ihre Mindestleistung vermindern

Laständerungsgradient erhöhen

56

Lastkurve

Maßnahme 1


57

Lastkurve

Maßnahme 1


58

Lastkurve

Maßnahme 1


59

Aufgabe für PV-Anlagen:

Leistungsgradient vermindern

Erzeugungsspitze vermindern

Nachtversorgung übernehmen

60

Lastkurve

Mögliche Spielräume nutzen

Maßnahme 2

61

Lastkurve


62

Lastkurve


63

SFV - Vorschlag:

Solareinspeisungsspitzen kappen,

zwischenspeichern

abends und nachts einspeisen.

Pufferspeicher in Solaranlagen integrieren

64

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)

65




Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung

liegt bei den PV-Betreibern

66 Es fehlt noch ein vorschriftsmäßiger Batterieschrank

67






Speicher benötigen Gleichstrom… PV-Module

liefern Gleichstrom

68







liefern Gleichstrom

Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen

fluktuierender Quelle und Pufferspeicher

69







liefern Gleichstrom

Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen

fluktuierender Quelle und Pufferspeicher

Autonome Regelmechanismen funktionieren auch

ohne Steuerung durch Netzbetreiber

70

Herleitung von

Einspeiseobergrenze

und Speicherkapazität

Peak

Leistung

Peakleistung

1,0

Uhrzeit

Peak

Leistung

Peakleistung

1,0

0,3

Uhrzeit

Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak

Peak

Leistung

Peakleistung

1,0

0,3

Uhrzeit

Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak

Peak

3 kWh/kWp

3 kWh/kWp

Leistung

Peakleistung

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 peak

Leis

tung in k

W / k

Wp

79

Solarstrom wird transportfähig

Stromnetz wird weniger belastet

80

Technische

Umsetzung

Einspeiseobergrenzregler

Pufferbatterie

Netzstabilisierungsregler

MPP-Regler

zieht jederzeit

maximale

Leistung

Wechsel-

richter

Ein-

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

81

MPP-Regler

zieht jederzeit

maximale

Leistung

Wechsel-

richter

Batterie

Batterie-

Ladegerät

Einspeise-

Obergrenz-

Regler

Überschuss

Batterie-

management Ein-

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

0,3 Peak

82

83

PV-Anlagen

übernehmen neue

Aufgaben:

Netzstabilisierung

MPP-Regler

zieht jederzeit

maximale

Leistung

Wechsel-

richter

Batterie

Batterie-

Ladegerät

Einspeise-

Obergrenz-

Regler

Überschuss

Batterie-

management Ein-

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

Netzstabili-

sierungs-

Regler

+ / - Kor-

rektursignal

0,3 Peak

84

85

PV-Anlagen können

auch Eigenversorgung

übernehmen wie ein

Notstromaggregat

MPP-Regler

zieht jederzeit

maximale

Leistung

Wechsel-

richter

Batterie

Batterie-

Ladegerät

Einspeise-

Obergrenz-

Regler

Überschuss

Batterie-

management Ein-

speise-

Zähler

Öffentliches Netz

Solargenerator

Haushalt Stromverbraucher

Verbrauchs

Zähler

0,3 Peak

86

Netzstabili-

sierungs-

Regler

+ / - Kor-

rektursignal

1. Zur energieintensiven

Industrie

Solarstrom

87

Grundlast-Strom

Niederspannungsnetz

Hochspannungsnetz

Grundlast-Strom


Industrie

88 Pufferspeicher machen Solarstrom transportfähig

Grundlast-Strom

Niederspannungsnetz

Hochspannungsnetz

2. Kein Zugang für

Solarstromüberschuss

zur EE-Methan und

-Methanolproduktion

Grundlast-Strom


Industrie

89

Grundlast-Strom

Niederspannungsnetz

Hochspannungsnetz

2. Kein Zugang für


zur EE-Methan und

-Methanolproduktion

Grundlast-Strom

Pufferspeicher machen Solarstrom transportfähig


Industrie

90 Grundlaststrom verstopft Hochspannungsnetze

Grundlast-Strom

Niederspannungsnetz

Hochspannungsnetz

2. Kein Zugang für


zur EE-Methan und

-Methanolproduktion

? Grundlast-Strom

Grundlast-Strom


Industrie

Solarstrom

91 Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern

ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz

Niederspannungsnetz

Hochspannungsnetz

2. Echte Überschüsse

zur EE-Methan und

-Methanolproduktion

Grundlast-Strom


Industrie

Solarstrom

92 Bei Sonnenschein Versorgung der Industrie rund um die Uhr

Niederspannungsnetz

Hochspannungsnetz

2. Echte Überschüsse

zur EE-Methan und

-Methanolproduktion

…erzeugen aus

CO2 und H2O …

EE-Methanol


KWK-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

EE-Methan im

Gasnetz

EE-Methanol in

Tanks beim

Verbraucher

Großindustrielle

Aufgabe

…erzeugen aus

CO2 und H2O …

EE-Methanol


KWK-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

EE-Methan im

Gasnetz

EE-Methanol in

Tanks beim

Verbraucher

Vergleichmäßigte

Überschüsse aus

Sonne und Wind …

Pufferspeicher für

PV-Anlagen

Pufferspeicher für

Windparks

…erzeugen aus

CO2 und H2O …

EE-Methanol

EE-Methan .

PV-Überschüsse auch

nachts verfügbar

Wind-Überschüsse

werden geglättet

Dezentrale

KWK-

Anlagen

KWK u. GuD-

Kraftwerke

Ziel:

EE-Strom für

Wochen ohne

Wind und

Sonne

Start

EE-Methan im

Gasnetz

EE-Methanol in

Tanks beim

Verbraucher

Grundlastkraft-

werke stilllegen

Überschüsse werden

nicht mehr abgeregelt

Vergleichmäßigte

Überschüsse aus

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.




100

Gesetzliche

Bestimmungen

Zur Ergänzung des EEG

(SFV-Vorschlag)

§§

1

0

1

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.

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 2

Zusätzlich zum Zweck der Netzstabilisierung eingespeister

Strom unterliegt nicht der Reduzierung nach Abs.1

www.sfv.de

1

0

2

2. Speicherbereitstellungsvergütung

Absatz 1

Für die Integration eines Pufferspeichers in eine auf 0,3 der Peakleistung

leistungsreduzierte PV-Anlage wird eine jährliche Speicherbereitstellungsvergü-

tung durch den regelverantwortlichen Übertragungsnetzbetreiber gezahlt.

Absatz 2

Die Laufzeit der Speicherbereitstellungsvergütung beträgt 20 volle Kalenderjahre

gerechnet vom Zeitpunkt der Speicherinstallation an.

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.

Absatz 5

Degression: Ab 31.12.2015 reduziert sich für Speicher, die dann eingebaut

werden, die Speicherbereitstellungsvergütung nach Absatz 3 für jedes Folgejahr

um 5 Prozent. Die jeweilige Speicherbereitstellungsvergütung gilt für die Dauer

von 20 Jahren.

www.sfv.de

1

0

3

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.

Absatz 2

Die Laufzeit des Stabilisierungsbonus beträgt 20 volle

Kalenderjahre gerechnet vom Zeitpunkt der Installation der

Stabilisierungseinrichtung an.

www.sfv.de Option für die Zukunft

§ 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

§§

104

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

§§

105

106

Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert

Jeweils aktuellste Fassung:




107

Alternativen ? Eigenverbrauch

Demand Side Management

108

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 ändert Residuallastbedarf nicht

109

PV ohne

Puffer-

speicher

Lastkurve

Uhr

Konventionelle

Leistung

Weniger

Verbrauch

Mehr

Verbrauch L

eis

tun

g

Demand Side Management (DSM)

110

DSM passt die

Lastkurve der

Solareinspeisung an,

kann das Problem aber

nur abmildern

PV ohne

Puffer-

speicher

PV ohne

Puffer-

speicher

Stromspeicher

Das größte Problem der Stromspeicher?

Ihre Größe – ihr Landschaftsverbrauch

Alternativ genügen

2 Bleibatterien

Oberbecken

Pumpspeicherkraftwerk

Im

Pumpspeicher

kraftwerk

Größenvergleich von Speichern

4 Kubikmeter

Wasser

Im Unterbecken

1 kWh

speichern

Der Platz für Pumpspeicherkraftwerke reicht in Deutschland

nicht im Entfernstesten aus.

Würde man alle Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland

befüllen und dann alle Kaftwerke abstellen, so könnten die

Pumpspeicherkraftwerke das Land noch nicht einmal eine

Stunde lang mit Strom versorgen.

zusammenwirken von photovoltaik, windkraft und stromspeichern

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