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 SchillRunder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

Übersicht

1. Vorbemerkung: Stromspeicher im Kontext der Energiewende

2. Zielstellung der Studie

3. Methodik und Daten

4. Ergebnisse3.1. Residuallast und EE-Überschüsse für NEP-Szenarien4.2. Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in NEP-Szenarien4.3 Ausgewählte Ergebnisse für 2050

5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Wolf-Peter SchillRunder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.20132


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Vorbemerkung: Stromspeicher im Kontext der Energiewende

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

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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

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Runder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013Wolf-Peter Schill

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Einsatzbereiche nicht neu, aber verstärkter Bedarf Genauer Bedarf offene Forschungsfrage, abhängig vom Gesamtsystem und vielfältigen Annahmen

Wirkung fluktuierender EE auf Residuallast und möglicher Speichereinsatz1

Wolf-Peter Schill6

A: Tagesausgleich, Lastgradienten, Spitzenlastdeckung

B: Aufnahme von Überschüssen

Lastdaten 2010, inklusive Netzverlusten. EE-Einspeisung basierend auf historischen Werten von 2012. Laufwasserkraft und Biomasse annahmegemäß unflexibel.

Windstromprognose und tatsächliche Einspeisung für eine exemplarische Woche des Jahres 20131


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Regelleistung kann auch durch Stromspeicher erbracht werden

Eigene Darstellung basierend auf Viertelstundendaten von 50Hertz

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

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Zielstellung der Studie

2 Forschungsfragen und Untersuchungsrahmen

• 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


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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

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Speicherbedarfsermittlung in Studie fokussiert auf Überschüsse


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Methodik und Daten

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


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> 12 000 Simulationen for NEP Szenarien,> 1000 für 2050

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


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4

Ergebnisse

4.1 Residuallast und EE-Überschüsse für NEP-Szenarien

Residuallast (Referenzlast, Mittelwerte)4.1

Geringer Effekt auf Spitzenlast, großer auf Schwachlast

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B 2032: 5% der Stunden mit negativen Preisen im flexiblen Fall, 40% in unflexiblem Fall

Überschüsse (Referenzlast, kein Must-run, Bio flexibel)4.1

„Steile“ Form, geringe Volllaststunden, große Variation17

Effekte von Must-run und Energieeffizienz (B 2032, Bio flexibel, Mittelwerte)4.

1

Flexibilität thermischer Erzeuger entscheidend für die Vermeidung von Überschüssen

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2

Häufigkeitsverteilung der zusammenhängenden Überschussenergie(Referenzlast, kein Must-run, Bio flexibel, Mittelwerte)

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4.1

Stark rechtsschief

B 2032: sehr viel größer als existierende Pumpspeicher


4

Ergebnisse

4.2 Speicherbedarf zur Aufnahme von Überschüssen in NEP-Szenarien

Speicherinvestitionen (Referenzlast, Mittelwerte)

21

4.2

Keine Speicherinvestitionen bei freier Abregelung: Überschussintegration teurer als thermische Erzeugung

Viel höhere Investitionen in unflexiblem System

Speicherbedarf steigt stark bei restringierter Abregelung,überwiegend Tagesspeicher

4.2

Speicherbedingter Anstieg des EE-Anteils am Stromverbrauch(Referenzlast, Mittelwerte)


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Vernachlässigbar in flexiblem System

Größer in unflexiblem System mit hohen EE-Kapazitäten


4

Ergebnisse

4.3 Ausgewählte Ergebnisse für 2050

Ausblick 2050: EE-Überschüsse4.3


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Flexibles System: 19% aller Stunden

Unflexibles System: 91% aller Stunden nicht vorstellbar

Ausblick 2050: Speicherinvestitionen

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4.3

Ansonsten ähnlich wie NEP B 2032 Ca. 10 GW auch im Fall freier Abregelung


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Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

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

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27Wolf-Peter SchillRunder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

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

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28Wolf-Peter SchillRunder Tisch Trianel Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser, 30.11.2013

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

DIW Berlin — Deutsches Institutfür Wirtschaftsforschung e.V.Mohrenstraße 58, 10117 Berlinwww.diw.de

RedaktionDr. Wolf-Peter Schill

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