Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.



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             100% Erneuerbare Energien sind möglich
       Energiequellen
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S.3
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      Inhalt
      Wie viel Speicher brauchen wir
      eigentlich?
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       Anwendung
      Wofür benötigen wir Speicher?
        Autarkes Gebiet...
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      Die Bausteine
      Anpassung an Verbrauch
      Lastverschiebung
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      Anpassung an Verbrauch: Kombikraftwerk




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 Verbraucher
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                                Ergänzung de Energieformen -
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           Ausgleich über große Distanzen
       Wetter ist nicht berechenba...
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       Europäische Ebene:          ...
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             Regelbare Erzeugung
       Biogas Tagesspeicher
       Steuer- ...
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Fazit
Bedarf von vielen Faktoren abhängig z B:
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       Speichertechniken
       Pumpspeicherkraftwerk
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         Pumpspeicherkraftwerke
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             Druckluft-Speicher
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      Wasserstoff-Speicher
      Wasserstoff Speicher
Funktionsweise:
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     NaS Hochtemperatur Batterie
Funktionsweise:
    Speichern und erzeugen
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     Li-Ion
     Li Ion Batterien
Funktionsweise:
  Elektroden:
  El kt d
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         Dezentrale Speicher
       Batterietypen:
                yp
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       Elektroautos als Speicher
Speicher-Nutzung
   Lastverschiebung beim
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Kostenberechnung von Speichern
      Definition Referenzfall                ...
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   Kostenberechnung von Speichern
Wenige Zyklen:
       g y
Initiale Kosten ...
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            Kosten von Speichertechnologien
                                ...
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       Variable Strompreise
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        Vorschlag SFV
       Gesetzliche Regelung beinhaltet:
         Strom...
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Speicher für Erneuerbare Energien
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Sind ...
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  1. 1. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Sonnen- und S d Windenergie auf Vorrat E. Waffenschmidt Aachen, 17.Feb. 2010 Solarenergie Förderverein Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. S.1
  2. 2. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. 100% Erneuerbare Energien sind möglich Energiequellen g q Einsparungen p g Solar-Strom Solarenergie Elektrische Solar-Thermie Windkraft de e g e Windenergie Energie Wasserkraft Geothermie Wasserkraft Verkehr Bio-Wertstoffe Verluste Geothermie Wärme El.Anwendungen Verkehr Biomase Prozess-Hitze Wärme Einsparungen Ei Zukünftiges Angebot Zukünftiger Bedarf g 0 500 1000 1500 2000 2500 Energie / Mrd kWh Infos unter: www.sfv.de S.2
  3. 3. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. S.3
  4. 4. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Inhalt Wie viel Speicher brauchen wir eigentlich? Welche technischen Möglichkeiten gibt es für Speicher? Was kostet das? Wie schaffen wir Anreize für den Ausbau? S.4
  5. 5. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Anwendung Wofür benötigen wir Speicher? Autarkes Gebiet: • Haushalt / Gebäude • Gemeinde • Region • Netzbereich • Deutschland • Europa p Zeitrahmen: Beispiel: • Sekunden Primär- und Sekundär-Regelung • Minuten Last-Änderungen (Minuten-Reserve) • Stunden Unbestimmte Erzeugung • Halbe bis ganze Tage Tag-Nacht-Ausgleich Tag Nacht Ausgleich • Woche Groß-Wetterlage S.5
  6. 6. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Die Bausteine Anpassung an Verbrauch Lastverschiebung Ergänzung der Energieformen Ausgleich üb große Di t A l i h über ß Distanzen Im- und Export p Regelbare Erzeugung Speicherung S i h S.6
  7. 7. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Anpassung an Verbrauch Speicher sind nicht spezifisch für Erneuerbare Energien! p p g 100% Vergiss Grundlast ! Verbrauchsspezifische ogen auf tägliche Spitzenlast Erzeugung notwendig 1990 80% Leistung 1980 t 60% 1970 bezo 1960 nach Ingo Stadler 2007 [7] 40% 00:00h 06:00h 12:00h 18:00h 00:00h Tageszeit
  8. 8. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Anpassung an Verbrauch: Kombikraftwerk S.8 http://www.kombikraftwerk.de/fileadmin/flash/kk_jahresstatistik_06.swf
  9. 9. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Lastverschiebung Verbraucher Industrie d Wi t h ft I d t i und Wirtschaft Kühlhäuser Prozesswärme Lüftungsanlagen Privathaushalte Speicherheizung / Wärmepumpe Kühlgeräte Wasch- und Spülmaschine Potential Insgesamt 400 GWh Mehrfaches aller Pumpspeicherkraftwerke Aber nur kurzfristige „Speicherung“ Ingo Stadler, Okt. 2005, [7] Photo: ebi
  10. 10. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Ergänzung de Energieformen - gä u g der e g e o e Jahreszeitliche Kompensation Energieerzeugung bezogen auf Jahresenergieertrag 16% Photovoltaik 14% Wind erzeugung g 12% 10% Rel. Energiee 8% 6% 4% 2% 0% Mär Dez Mai Jan Feb Jun Aug Sep Apr Okt Jul Nov S.10 V. Quaschning, 2000 [5]
  11. 11. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Ergänzung de Energieformen - gä u g der e g e o e Jahreszeitliche Kompensation Energieerzeugung bezogen auf Jahresenergieertrag Photovoltaik (25%) 12% Wind (75%) erzeugung g 10% Bedarf 8% Rel. Energiee 6% 4% 2% 0% Mai Nov Jan Feb Jun Jul Okt Mär Apr Dez Aug Sep S.11 V. Quaschning, 2000 [5]
  12. 12. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Ausgleich über große Distanzen Wetter ist nicht berechenbar. 1. Sept. 2009, 16:00 UTC p Aber: Wenn die Sonne hier nicht scheint, scheint sie vielleicht wo anders „Glätten“ der Erzeugung Einzelner Standort: Sekunden Verbund: Sekunden bis Minute Region: Einige Minuten Deutschland: Minuten bis Stunde Standortwahl: Großräumige Verteilung besser als Konzentration in einer Region Nicht allein Quantität sondern auch „Qualität beachten Qualität“ S.12 http://www.sat24.com/history.aspx?country=eu
  13. 13. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Ausgleich über große Distanzen Europäische Ebene: Korrelation von V/[m/s] Erzeugung de-korreliert Windgeschwindigkeiten V rath bei Aachen n Große W h h i li hk it G ß Wahrscheinlichkeit zu jeder Zeit 15 Wenig Speicher notwendig Abstand Netzausbau: 800 km Notwendig für Ausgleich 10 Ca. Ca 10x billiger als Herzogenr B = 0.07% Speicher DESERTEC ist Schritt in 5 die richtige Richtung 0 0 5 10 15 V/[m/s] Messdaten: Dr. H. Kluttig Port St. Luis du Rhône S.13
  14. 14. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Regelbare Erzeugung Biogas Tagesspeicher Steuer- und speicherbar Drucklose Speicherung, keine Kompressionsverluste Typ. technische Daten: Leistung: einige 100 kW bis MW Energiemenge: max. ca. 2 Tage Speicherdauer: Tage Anwendung Ausgleich von Leistungsspitzen Bedarfsgerechte B d f h Energiebereitstellung S.14 Quelle: Schmack Biogas AG Photo: ebi
  15. 15. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Fazit Bedarf von vielen Faktoren abhängig z B: z.B: Größe des Netz-Gebietes Räumliche Verteilung der einzelnen Erzeuger g g Vernetzung Nutzungsgrad (Abschalten / Kappen bei extremen Wetterlagen) „Trade-Off“ zwischen Netzausbau und Speichern Abschätzungen*: Speichergröße: ca. 370 GWh ( t S i h öß (etwa 2 10 x exist. S i h ) 2...10 i t Speicher) Nennleistung: ca. 20 GW (etwa 3 x exist. Pump-Speicher) * nach Kombikraftwerk, 2008 [10]
  16. 16. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Speichertechniken Pumpspeicherkraftwerk Druckluftspeicher Wasserstoff Redox-Flow Batterien NaS Hochtemperatur B tt i N S H ht t Batterien Li-Ion Batterien „Klassische“ Batterien p Dezentrale Kleinspeicher Biomasse S.16
  17. 17. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Pumpspeicherkraftwerke Funktionsweise: Speichern: Wasser hoch pumpen Erzeugen: Turbine mit Wasser antreiben Typ. technische Daten: Leistung: bi zu 1GW L i t bis Energiemenge: für mehrere Std. Wirkungsgrad: >80% g g Speicherdauer: Unbegrenzt Insgesamt in Deutschland Leistung: 6.6 Leist ng 6 6 GW Speichergröße: ca. 30..60 GWh Photo: ebi Beispiel: Pumpspeicherwerk Niederwartha bei Dresden S.17 http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherwerk_Niederwartha
  18. 18. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Druckluft-Speicher Druckluft Speicher Funktionsweise: Speichern: Hohlraum „aufpumpen“ Erzeugen: E Turbine mit Druckluft antreiben Hohlraum Salzkavernen oder andere unterirdische Hohlräume Typ. Typ technische Daten: Leistung: einige 100 MW Energiemenge: g g für ein bis zwei Std. Beispiel: Hundorf, Deutschland, 290MW / 2h Wirkungsgrad: um 60% Speicherdauer: St d bis T S i h d Stunden bi Tage S.18
  19. 19. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Wasserstoff-Speicher Wasserstoff Speicher Funktionsweise: Speichern: Wasserstoff erzeugen (Elektrolyse) Erzeugen: Brennstoffzelle oder Turbine B t ff ll d T bi Hohlraum Salzkavernen oder andere unterirdische H hl ä t i di h Hohlräume Typ. technische Daten: Leistung: einige 100 MW bis GW Energiemenge: für Tage bis Wochen Wirkungsgrad: um 40% Bild: ebi Speicherdauer: Wochen bis Monate Bild: Wasserstoff-Brennstoffzelle Potential Vergleichbar it Erdgas-Speicher V l i hb mit E d S i h Gasbedarf für mehrere Monate
  20. 20. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Redox-Flow Redox Flow Batterien Funktionsweise: Speichern: Flüssigkeit wird elektrochemisch „aufgeladen aufgeladen“ Erzeugen: Flüssigkeit wird elektrochemisch „entladen“ entladen“ Speichermedium: z.B. Vanadium-Salz-Lösung Typ. technische Daten: Leistung: einige 100 kW Energiemenge: für einige Std. g g g Wirkungsgrad: >75% Beispiel: King Island, Tasmanien, 200kW / 4h Speicherdauer: Grundsätzlich unbegrenzt, typ. Tage bis Wochen Weitere Info: http://en.wikipedia.org/wiki/Vanadium_redox_battery S.20 http://www.isea.rwth-aachen.de/isea2/forschung/batterien/technologie.php?site=tec_redox.php
  21. 21. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. NaS Hochtemperatur Batterie Funktionsweise: Speichern und erzeugen elektrochemisch bei ca. 300°C ... 350°C ca 300 C 350 C Typ. technische Daten: Leistung: g einige 100 kW bis MW Energiemenge: für einige Std. Wirkungsgrad: >75% Wi k d 75% Photo: Ebi Speicherdauer: Tage bis Wochen g Anwendung Versorgung eines Dorfes Bsp. Bruchmühlbach, 2800 B B h ühlb h Photo: Ebi Einw. Beispiel: 1MW / 7MWh NaS Batterie mit Netzanschluß, Younicos AG, Berlin
  22. 22. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Li-Ion Li Ion Batterien Funktionsweise: Elektroden: El kt d Negativ: Graphit Positiv: Lithiertes Metalloxid mit Cobalt, Mangan, Ni k l oder Ei C b lt M Nickel d Eisen- Phosphat Elektrolyt: Gelöstes LiPF6 Typ. technische Daten: Leistung: einige W bis kW Energiemenge: für einige Std. Wirkungsgrad: >90% Speicherdauer: Stunden bis Wochen Photo: Ebi (Selbstentladung <5% / Monat) Geringes Gewicht: 100 200 Wh/kg 100..200 (Doppelt so gut wie NiCd) Photo: Ebi
  23. 23. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Dezentrale Speicher Batterietypen: yp Bleibatterie NiCd / NiMhd Li-Ion Typ. technische Daten: Leistung: einige kW Energiemenge: für einige Std. Wirkungsgrad: 75% ... 90% Bild: http://billig.strom.1tipp.de/grafik/autobatterie.jpg Speicherdauer: Tage bis Wochen Anwendung Versorgung eines H V i Haushaltes h l Für Kleininvestoren S.23
  24. 24. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Elektroautos als Speicher Speicher-Nutzung Lastverschiebung beim Aufladen Option zum teilweisen Entladen Notfall-Reserve Geschäftsmodell Auflade-Garantie zum festen Zeitpunkt Finanzielle Beteiligung g g Potential: 4 Mio E-Cars (10% aller Autos) 40..100 GWh Speicher Tomi Engel, 2005 [9]
  25. 25. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Kostenberechnung von Speichern Definition Referenzfall Definition Speichertechnologie Leistung Kosten Umrichter [ [kWh] ] Wirkungsgrad [ ] g g [%] [€/kWh] Selbstentladung [%/Tag] Energie Zyklen [kWh] [Anz./Tag] [Anz /Tag] Speicherkosten max. Entladetiefe Kosten pro installierter g für Energiedurchsatz [%] Kapazität [€/kWh] [€Ct/kWh] Systemlebensdauer Stromkosten [ [Jahre] ] [€Ct/kWh] Zyklenlebensdauer Wartung & Reparatur [Anz.] [%/Jahr] Kapitalkosten p [%/Jahr] Nach D.U.Sauer, RWTH Aachen, 15.11.2009,
  26. 26. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Kostenberechnung von Speichern Wenige Zyklen: g y Initiale Kosten dominieren Spezifische Spezifische Spezifische Initiale Kosten Kosten Kosten Kosten Viele Zyklen: Spezifische Kosten dominieren Initiale Kosten Spezifische Kosten
  27. 27. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Kosten von Speichertechnologien Monatlich 10Jahre heute Wasserstoff Täglich Druckluft Monatlich (adiabatisch) Täglich Stromkosten 4€Ct Monatlich (abh. vom Standort) ( ) Zins 8% Pumpspeicher Täglich (abh. vom Standort) Monatlich: Täglich 500MW, 100GWh, Zink-Brom Tageszeitlich 1.5 Zyklen/Monat Redox Flow Redox-Flow Täglich Täglich: (Vanadium) Tageszeitlich 1GW, 8GWh, NaNiCl Täglich 1 Zyklus/Tag (Hochtemp.) Tageszeitlich Tageszeitlich: NaS Täglich Tä li h 10MW, 40MWh, (Hochtemp.) Tageszeitlich 2 Zyklen/Tag Li-Ion Täglich Tageszeitlich NiCd Täglich Tageszeitlich Blei Täglich Tageszeitlich Nach D.U.Sauer, RWTH Aachen, 15.11.2009, dort nach folgender Quelle: 5 10 20 30 40 50 60 M. Kleimaier, et.al., „Energy storage for improved operation of future energy Kosten / [€ct/kWh] supply systems“, CIGRE 2008
  28. 28. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Variable Strompreise Viel Strom: Strom ist billig • Speicher aufladen, • Energie gebrauchen Wenig Strom: Strom ist teuer • Speicher entladen, •EEnergieverbrauch verschieben i b h hi b S.28 Siehe auch W. Schittek, 2008 [11]
  29. 29. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Vorschlag SFV Gesetzliche Regelung beinhaltet: Strompreis abhängig von Angebot und Nachfrage Einspeisung von „steuerbarem Strom steuerbarem“ wird vergütet wie Regelenergie Netzgebühr wird bei Einspeisung von Speicherenergie rückerstattet p g S.29
  30. 30. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Speicher für Erneuerbare Energien Energien... Sind notwendig Sind machbar Sind bezahlbar Wir müssen es angehen!
  31. 31. Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Literatur [1] Pumpspeicherwerk Niederwartha, http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherwerk_Niederwartha [ ] p [2] http://en.wikipedia.org/wiki/Vanadium_redox_battery p g _ _ y [3] http://www.isea.rwth-aachen.de/isea2/forschung/batterien/technologie.php?site=tec_redox.php [4] Ralf Simon, Christian Pohl, Kerstin Kriebs, „Einsatzmöglichkeit einer NaS-Batterie für die Regenerativstromversorgung am Beispiel der Gemeinde Bruchmühlbach“ Institut für Innovation Transfer und Beratung GmbH Transferstelle Bingen im Auftrag des Ministerium für Umwelt und Innovation, GmbH, Bingen, Forsten Rheinland-Pfalz, 10.03.2006, www.tsb-energie.de. [5] Volker Quaschning, "Systemtechnik einer klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung in Deutschland für das 21. Jahrhundert", Fortschritt-Berichte VDI, Energietechnik, Reihe 6, Nr. 437, Düsseldorf: VDI Verlag 2000, ISBN 3-18-343706- 6, auch im Internet unter: http://www.quaschning.de/volker/publis/klima2000/index.html , p q g p [6] Ralf Bischof, Geschäftsführer Bundesverband WindEnergie (BWE), „ Windenergie Netz- und Systemintegration“, Fachtagung „Windenergie in Deutschland – Beitrag zu Klimaschutz und Versorgungssicherheit“ 11. Sept. 2007. (NNetz- und Systemintegration.pdf) [7] Ingo Stadler „400 GWh of existing energy storage is waiting to be integrated into electricity supplies to balance fluctuating Stadler, 400 renewable energies“, 2nd International Renewable Energy Storage (IRES) Conference, Bonn, Nov. 2007. [8] Ingo Stadler, „Demand Response – Nichtelektrische Speicher für Elektrizitätsversorgungssysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien“, Habilitation, Fachbereich Elektrotechnik Universität Kassel, Okt. 2005. [9] Tomi Engel, „Das Elektrofahrzeug als Regelenergiekraftwerk des Solarzeitalters“, Solarzeitalter 3/2005, S. 11. Siehe auch: f f S “ S / S S http://www.unendlich-viel-energie.de/de/verkehr/detailansicht/browse/3/article/185/das-elektrofahrzeug-als- regelenergiekraftwerk-des-solarzeitalters.html [10] R. Mackensen, K. Rohrig, H. Emanue, „Das regenerative Kombikraftwerk – Abschlussbericht“, 31. April 2008, http://www.kombikraftwerk.de/fileadmin/downloads/2008_03_31_Ma__KombiKW_Abschlussbericht.pdf http://www kombikraftwerk de/fileadmin/downloads/2008 03 31 Ma KombiKW Abschlussbericht pdf [11] Walter Schittek, „Strom – fit für die Zukunft? Dynamischer Strompreis und virtuelle Sekundärregelung“, Verlag Görich & Weiershäuser, Marburg, Nov. 2008, ISBN 978-3-89703-706-9 S.31 http://www.staff.uni-marburg.de/~schittek/buch_strom.html
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