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Residuallast, EE-Überschüsse und Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in Deutschland

Residuallast, EE-Überschüsse und Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in Deutschland. Dr. Wolf-Peter Schill. Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013. Übersicht. Vorbemerkung: Stromspeicher im Kontext der Energiewende Zielstellung der Studie

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Residuallast, EE-Überschüsse und Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in Deutschland

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  1. Residuallast, EE-Überschüsse und Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in Deutschland • Dr. Wolf-Peter Schill • Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  2. Übersicht • Vorbemerkung: Stromspeicher im Kontext der Energiewende • Zielstellung der Studie • Methodik und Daten • Ergebnisse • 3.1. Residuallast und EE-Überschüsse für NEP-Szenarien • 4.2. Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in NEP-Szenarien • 4.3 Ausgewählte Ergebnisse für 2050 • Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  3. 1 Vorbemerkung: Stromspeicher im Kontext der Energiewende Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  4. Integration erneuerbarer Energien • Eigenschaften fluktuierender erneuerbarer Energien: • Schwankende Erzeugungsmöglichkeiten • Kurzfristige Abweichungen von Erzeugungsprognosen • Keine rotierende Massen • Geographische Verteilung weicht von historischer Netzkonfiguration ab • Herausforderungen: • Residuallastdeckung • Frequenz- und Spannungshaltung • Engpassmanagement • Bisher konnte das Stromsystem mit diesen Herausforderungen weitgehend umgehen • Beim weiteren EE-Ausbau werden zusätzliche Flexibilitätsoptionen erforderlich • Verschiedene Arten von Speichern können eine Rolle spielen 1 Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  5. Einsatzbereiche von Stromspeichern im Kontext der Energiewende • Spotmarkt (day ahead): • Tagesausgleich (Arbitrage) • Verminderung von Lastgradienten und Anfahrvorgängen • Spitzenlastdeckung • Aufnahme von Überschüssen • Systemsicherheit: • Frequenzhaltung • Spannungshaltung • Netzoptimierung, Engpassmanagement • 1  Einsatzbereiche nicht neu, aber verstärkter Bedarf  Genauer Bedarf offene Forschungsfrage, abhängig vom Gesamtsystem und vielfältigen Annahmen Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  6. Wirkung fluktuierender EE auf Residuallast und möglicher Speichereinsatz Lastdaten 2010, inklusive Netzverlusten. EE-Einspeisung basierend auf historischen Werten von 2012. Laufwasserkraft und Biomasse annahmegemäß unflexibel. • 1 A: Tagesausgleich, Lastgradienten, Spitzenlastdeckung B: Aufnahme von Überschüssen

  7. Windstromprognose und tatsächliche Einspeisung für eine exemplarische Woche des Jahres 2013 • 1 Eigene Darstellung basierend auf Viertelstundendaten von 50Hertz  Regelleistung kann auch durch Stromspeicher erbracht werden Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  8. Übersichtsartikel zu Stromspeichern und anderen Flexibilitätsoptionen Weitere Details hierzu: Schill (2013): Systemintegration erneuerbarer Energien: Die Rolle von Speichern für die Energiewende. Vierteljahrshefte zur Wirtschaftsforschung 03/2013, S. 61–88 • 1 Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  9. 2 Zielstellung der Studie Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  10. 2 Künftige Residuallast und EE-Überschüsse: • Leistung, Energie, Häufigkeit • Speicherbedarf zur Aufnahme der Überschüsse • Interaktion von Speichern und Abregelung Nicht im Fokus: • Voller Systemnutzen von Speichern (insb. gesicherte Leistung und Systemdienstleistungen) • Systemoptimaler Mix verschiedener Flexibilitätsoptionen Forschungsfragen und Untersuchungsrahmen Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  11. Einsatzbereiche von Stromspeichern im Rahmen der Studie • Day ahead Spotmarkt: • Tagesausgleich (Arbitrage) • Verminderung von Lastgradienten / Anfahrvorgängen • Spitzenlastdeckung • Aufnahme von Überschüssen • Systemsicherheit: • Frequenzhaltung • Spannungshaltung • Netzoptimierung, Engpassmanagement • 2  Speicherbedarfsermittlung in Studie fokussiert auf Überschüsse Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  12. 3 Methodik und Daten Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  13. Methodik • Variation vielfältiger Parameter: • Erzeugungskapazitäten (NEP-Szenarien und Leitstudie) • Historische Verfügbarkeiten Wind onshore, Wind offshore, PV • Last: Referenz, 90%, 80% • Thermischer Must-run: 20 GW, 10 GW, 0 GW • Biomasseverstromung flexibel oder unflexibel • Abregelung: unbeschränkt, 1%, 0,1%, 0% der jährlichen fluktuierenden EE-Erzeugung • 3 > 12 000 Simulationen for NEP Szenarien, > 1000 für 2050 Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  14. Methodik • Vereinfachte Annahmen: • Deutschland ohne Nachbarländer • Deutschland als Kupferplatte • Lineares Kraftwerkseinsatzmodell • Stilisierter Must-run (Regelleistung, KWK) • Investitionen in drei stilisierte Speichertypen • Kurzzeitspeicher, Tagesspeicher, Saisonspeicher • Entscheidung: Speicherzubau oder Abregelung? • Keine anderen Flexibilitätsoptionen • 3 Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  15. 4 Ergebnisse 4.1 Residuallast und EE-Überschüsse für NEP-Szenarien Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  16. Residuallast (Referenzlast, Mittelwerte) 4.1  Geringer Effekt auf Spitzenlast, großer auf Schwachlast  B 2032: 5% der Stunden mit negativen Preisen im flexiblen Fall, 40% in unflexiblem Fall

  17. Überschüsse (Referenzlast, kein Must-run, Bio flexibel) 4.1 „Steile“ Form, geringe Volllaststunden, große Variation

  18. Effekte von Must-run und Energieeffizienz (B 2032, Bio flexibel, Mittelwerte) 4.1 2  Flexibilität thermischer Erzeuger entscheidend für die Vermeidung von Überschüssen

  19. Häufigkeitsverteilung der zusammenhängenden Überschussenergie(Referenzlast, kein Must-run, Bio flexibel, Mittelwerte) 4.1  Stark rechtsschief  B 2032: sehr viel größer als existierende Pumpspeicher

  20. 4 Ergebnisse 4.2 Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in NEP-Szenarien Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  21. Speicherinvestitionen (Referenzlast, Mittelwerte) 4.2 • Keine Speicherinvestitionen bei freier Abregelung: Überschussintegration teurer als thermische Erzeugung • Speicherbedarf steigt stark bei restringierter Abregelung,überwiegend Tagesspeicher • Viel höhere Investitionen in unflexiblem System

  22. 4.2 Speicherbedingter Anstieg des EE-Anteils am Stromverbrauch(Referenzlast, Mittelwerte)  Vernachlässigbar in flexiblem System  Größer in unflexiblem System mit hohen EE-Kapazitäten Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  23. 4 Ergebnisse 4.3 Ausgewählte Ergebnisse für 2050 Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  24. Ausblick 2050: EE-Überschüsse • 4.3  Flexibles System: 19% aller Stunden  Unflexibles System: 91% aller Stunden  nicht vorstellbar Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  25. Ausblick 2050: Speicherinvestitionen 4.3  Ca. 10 GW auch im Fall freier Abregelung  Ansonsten ähnlich wie NEP B 2032

  26. 5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

  27. Zusammenfassung • Residuallast: • Starker Effekt auf „rechter“ Seite der Last-Dauer-Kurve • EE-Überschüsse: • Selten, hohe Spitzen, geringe Gesamtenergie • Energie zusammenhängender Überschüsse kann sehr groß werden • Steigen bei höherem Must-run und geringerer Biomasseflexibilität • Speicherinvestitionen für Überschüsse: • Freie Abregelung: 0 GW NEP, 10 GW 2050 • Sehr hoch bei beschränkter Abregelung und unflexiblem System • Dürften steigen bei Berücksichtigung des vollen Systemnutzens 5 Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013 Wolf-Peter Schill

  28. Schlussfolgerungen • Systemflexibilisierung entscheidend für Minimierung von Überschüssen • Verschiedene Speichertechnologien können Beiträge leisten • Volle Integration von Überschüssen durch Stromspeicher nicht effizient • Weitere Forschung: • Voller Systemnutzen von Stromspeichern • Optimaler Mix von EE-Technologien und verschiedenen Flexibilitätsoptionen 5 Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013 Wolf-Peter Schill

  29. Dr. Wolf-Peter Schill • wschill@diw.de

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