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

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1 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)

2 Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne

3 Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne Strategische Reserve: 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne

4 Dezentrale BHKW- Anlagen KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne EE-Methan im Gasnetz Strategische Reserve: EE-Methan 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne

5 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 Strategische Reserve: EE-Methan und EE-Methanol 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne

6

7 …erzeugen aus CO 2 und H 2 O … 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

8 …erzeugen aus CO 2 und H 2 O … 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 …

9 …erzeugen aus CO 2 und H 2 O … EE-Methanol EE-Methan. 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 Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind … ? ? ? Die drei vorausgehenden Stufen werden im folgenden erläutert

10 10 Lastkurve Uhrzeit Leistung 40 GW

11 11 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011

12 12 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Abdeckung der Residuallast

13 13 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 12:00 Uhr

14 14 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 15:00 Uhr

15 15 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 18:00 Uhr

16 16 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 21:00 Uhr

17 17 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 24:00 Uhr

18 18 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 03:00 Uhr

19 19 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 09:00 Uhr

20 20 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 13:30 Uhr

21 21 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 18:00 Uhr

22 22 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last z.B. um 12:00 Uhr Residual- last z.B. um 03:00 Uhr Residual- last z.B. um 18:00 Uhr

23 23 Lastkurve Uhrzeit Leistung 10 GW 40 GW Solar 2011 Residual- last ungefähr gleich Geringe Anforderungen an Regelbarkeit der konventionellen Kraftwerke

24 24 Leistung Ca. 50 GW Uhrzeit Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Lastkurve Solar 2011

25 25 Leistung Ca. 50 GW Uhrzeit Lastkurve Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden?

26 26 Leistung Ca. 50 GW Uhrzeit Lastkurve Ungepufferte PV-Leistung

27 27 Leistung Ca. 50 GW Uhrzeit Lastkurve Abdeckung d. Residuallast wird schwierig Ungepufferte PV-Leistung

28 Ca. 50 GW Leistung Uhrzeit Abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke 28 Lastkurve

29 Ca. 50 GW Leistung Uhrzeit Nicht abregelbare Kraftwerksleistung (Mindestleistung) Abregelbare *) Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke 29 Lastkurve *) Aus didaktischen Gründen umgekehrte Reihenfolge

30 Ca. 50 GW Uhrzeit Leistung Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung …abgeregelt 30 Lastkurve

31 Ca. 50 GW Uhrzeit Leistung Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? 31 Lastkurve

32 Ca. 50 GW Uhrzeit Leistung Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? 32 PV wird abgeregelt Lastkurve

33 Ca. 50 GW Lastkurve Uhrzeit Leistung Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? 33 PV wird abgeregelt

34 Ca. 50 GW Lastkurve Uhrzeit Leistung Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? 34 PV wird abgeregelt

35 35 Lastkurve

36 36 Lastkurve

37 37 Lastkurve

38 38 Lastkurve

39 39 Lastkurve

40 40 Lastkurve

41 41 Vorbehalten ausschließlich für nicht abregelbare Kraftwerke Lastkurve

42 42 Es sind Grundlastkraftwerke, die sich nicht völlig abregeln lassen Lastkurve

43 43 Jahres Lastkurve vereinfacht Leistung 40 GW 80 GW WinterSommerHerbst Frühjahr

44 44 Leistung 40 GW 80 GW WinterSommerHerbst Frühjahr Grundlast Jahres Lastkurve vereinfacht

45 45 Leistung 40 GW 80 GW Mittellast WinterSommerHerbst Frühjahr Grundlast Jahres Lastkurve vereinfacht

46 46 Leistung 40 GW 80 GW Grundlast Mittellast Spitzenlast WinterSommerHerbst Frühjahr

47 47 Leistung 40 GW 80 GW Grundlast Mittellast Spitzenlast WinterSommerHerbst Frühjahr Nicht abregelba- rer Teil der Grundlast

48 48 Zahl der nicht abregelbaren Kraftwerke vermindern 1. Forderung

49 49 Quelle: Anmerkung SFV: Ersatz für die Grundlastkraftwerke

50 50 GasTurbinen Kraftwerk Gas- und Dampfturbinen- Kraftwerk Quelle:

51 51 Lastkurve Maßnahme 1 Grenze zum verbotenen Bereich

52 52 Lastkurve Maßnahme 1 Grundlastkraftwerke zurückdrängen Ihre Mindestleistung vermindern Laständerungsgradient erhöhen

53 53 Lastkurve Maßnahme 1 Grundlastkraftwerke zurückdrängen

54 54 Lastkurve Maßnahme 1 Grundlastkraftwerke zurückdrängen

55 55 Lastkurve Maßnahme 1 Grundlastkraftwerke zurückdrängen

56 56 Aufgabe für PV-Anlagen: Leistungsgradient vermindern Erzeugungsspitze vermindern Nachtversorgung übernehmen

57 57 Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen Maßnahme 2

58 58 Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen

59 59 Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen

60 60 SFV - Vorschlag: Solareinspeisungsspitzen kappen, zwischenspeichern abends und nachts einspeisen.

61 61 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen

62 62 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern

63 63

64 64 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom… PV-Module liefern Gleichstrom

65 65 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom… PV-Module liefern Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher

66 66 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom… PV-Module liefern Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher Autonome Regelmechanismen funktionieren auch ohne Steuerung durch Netzbetreiber

67 67 Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität

68 Peak Leistung Peakleistung 1,0 Uhrzeit

69 Peak Leistung Peakleistung 1,0 Uhrzeit

70 Peak Leistung Peakleistung 1,0 0,3 Uhrzeit

71 Peak Leistung Peakleistung 1,0 0,3 Uhrzeit

72 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak Peak Leistung Peakleistung 1,0 0,3 Uhrzeit

73 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak Peak 3 kWh/kW p Leistung Peakleistung 1,0 0,3 Uhrzeit

74 Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher Uhrzeit An sonnigen Tagen… Einspeisung = 0,3 peak Leistung in kW / kW p 74 Solarstrom wird transportfähig Stromnetz wird weniger belastet

75 75 Technische Umsetzung Einspeiseobergrenzregler Pufferbatterie Netzstabilisierungsregler

76 MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechsel- richter Ein- speise- Zähler Öffentliches Netz Solargenerator 76

77 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 77

78 78 PV-Anlagen übernehmen neue Aufgaben: Netzstabilisierung

79 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 79

80 80 PV-Anlagen können auch Eigenversorgung übernehmen wie ein Notstromaggregat

81 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 81 Netzstabili- sierungs- Regler + / - Kor- rektursignal

82 1. Zur energieintensiven Industrie Solarstrom 82 Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Mittelspannungsnetz Hochspannungsnetz Grundlast-Strom

83 1. Zur energieintensiven Industrie Solarstrom 83 Durch Pufferspeicher vergleichmäßigter Solarstrom kann auch durch die vorgelagerten Netze übertragen werden Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Mittelspannungsnetz Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom

84 1. Zur energieintensiven Industrie Solarstrom 84 Die solare Energie kann nicht weiter, weil das Hachspannungsnetz durch Strom aus Grundlastkraftwerken verstopft ist Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Mittelspannungsnetz Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom

85 1. Zur energieintensiven Industrie Solarstrom 85 Die solare Energie kann nicht weiter, weil das Hachspannungsnetz durch Strom aus Grundlastkraftwerken verstopft ist Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Mittelspannungsnetz Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion ? Grundlast-Strom

86 1. Zur energieintensiven Industrie Solarstrom 86 Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz Niederspannungsnetz Mittelspannungsnetz Hochspannungsnetz 2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion

87 Grundlast-Strom 1. Zur energieintensiven Industrie Solarstrom 87 Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz Niederspannungsnetz Mittelspannungsnetz Hochspannungsnetz 2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion

88 88 Ablaufplan für die Energiewende Ziel: Bildung einer strategischen Reserve aus EE

89 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 Strategische Reserve: EE-Methan und EE-Methanol

90

91 …erzeugen aus CO 2 und H 2 O … 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 …

92 …erzeugen aus CO 2 und H 2 O … 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 …

93 Pufferspeicher für PV-Anlagen Pufferspeicher für Windparks …erzeugen aus CO 2 und H 2 O … 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 …

94 94 Gesetzliche Bestimmungen Zur Ergänzung des EEG (SFV-Vorschlag) §§

95 95 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 §§

96 96 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 (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.

97 97 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. §§

98 98 4. Freiwilliger Speichereinsatz vor dem Verpflichtungstermin wird belohnt (Sprinterbonus) Absatz 1 Die Speicherbereitstellungsvergütung wird auch für PV- Anlagen mit einem Inbetriebnahmedatum vor dem 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 2 Der Stabilisierungsbonus wird auch für PV-Anlagen mit einem Inbetriebnahmedatum vor dem gewährt, wenn eine Speicherbatterie sowie eine Einrichtung zur autonomen Stabilisierung der lokalen Netzspannung sowie zur autonomen Beteiligung an der Frequenzstabilisierung installiert wurden. §§

99 99 5. Degression der Speicherbereitstellungsvergütung Für jedes volle Kalenderjahr, welches das Inbetriebnahme- datum später als der liegt, vermindert sich die jährliche Speicherbereitstellungsvergütung technologieabhängig für die gesamte Vergütungsdauer um 5 bis 15 Prozent. §§

100 Eigenverbrauch oder Eigenvermarktung Eigenverbrauch des Solarstroms ist zulässig, wird aber nicht zusätzlich vergütet §§

101 § 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 §§ 101 Nachträgliche Einfügung in rot.

102 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 §§ 102

103 103 Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert Jeweils aktuellste Fassung:

104 104 Alternativen ? Eigenverbrauch Demand Side Management

105 105 Möglichkeiten der Abhilfe? - Eigenverbrauch? - Demand Side Management?

106 Lastkurve Konventionelle Leistung und Netzbelastung bleiben unverändert PV ohne Puffer- speicher Uhr Leistung Minder- entnahme aus dem Netz Minder- einspeisung ins Netz Eigenverbrauchs-Optimierung 106

107 Lastkurve Uhr Konventionelle Leistung Weniger Verbrauch Mehr Verbrauch PV ohne Puffer- speicher Leistung Demand Side Management 107


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