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Vortrag von Dr. Matthias Koch bei der Jahrestagung 2012 des Öko-Instituts, 13. September 2012 in Berlin.
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Modellierung von Speichern im Energiesystem
Dr. Matthias Koch, Dr. Dierk Bauknecht, Christoph Heinemann und David Ritter
Öko-Institut e.V., Freiburg.
Jahrestagung Öko-Institut e.V., 13.09.2012, Berlin.
Agenda
1. Wofür werden Flexibilität und Speicher im
Stromsystem benötigt?
2. Wie bilden wir Flexibilität und Speicher
modelltechnisch ab?
3. Welche Effekte treten beim Einsatz von Flexibilität
und Speichern im Stromsystem auf?
4. Welche Schlussfolgerungen lassen sich daraus
ableiten?
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1. Wofür werden Flexibilität und Speicher im
Stromsystem benötigt?
3
Wofür werden Flexibilität und Speicher benötigt?
• Ausgleich und Integration von fluktuierender
EE-Einspeisung (Wind- und PV-Strom)
– Prognoseunsicherheit
– Einspeisegradienten
– EE-Überschuss und EE-Mangel („dunkle Flaute“)
Mehr EE-Strom
Mehr Speicher
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Differenzierte Analyse von Flexibilitäts-
anforderungen, Flexibilitätsoptionen und deren
zeitlicher Entwicklung
Phase 1 (2010 – 2020): Effizientere Flexibilität?
• Bereitstellung von Flexibilität durch den
bestehenden konventionellen Kraftwerkspark.
• Neue Flexibilitätsoptionen haben vor allem den
Effekt, dass der konventionelle Kraftwerkspark
effizienter betrieben werden kann.
• Viele neue Flexibilitäts- und Speicheroptionen
sind mit hohen Anfangsinvestitionen
verbunden Hemmnis bzgl. Kapazitätsaufbau.
EE-Variabilität:
Einspeise-gradienten
Flexibilität Lastglättung für konventionelle
Kraftwerke
Relativ geringe Kosten- und
CO2-Einsparung
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Phase 2 (ab 2020/2030): Mehr Flexibilität!
• Zunehmend EE-Überschüsse
• EE-Integration durch EE-Speicherung
• EE-Integration durch Flexibilität, die die
Sockellast konventioneller Kraftwerke reduziert
EE-Variabilität:
EE-Überschuss oder EE-Mangel
EE-Speicherung
Konventionelle Erzeugung kann
direkt ersetzt werden hohe
Einsparung
EE-Unsicherheit:
Vorhaltung von Regelkapazität
Flexibilitäts-optionen, die
ohne Stromerzeugung Regelkapazität
bereitstellen
Konventionelle Erzeugung kann
direkt ersetzt werden hohe
Einsparung 6
Phase 2 (ab 2020/2030): Mehr Flexibilität!
• Neue Flexibilitäts- und Speicheroptionen werden
zunehmend attraktiver:
– sinkende spezifische Kosten
– steigender Systemnutzen
• Wie kann der Systemnutzen dem Anlagenbetreiber
anteilig zugewiesen werden?
• Wie kann der Übergang gestaltet werden, damit die
Flexibilitätsoptionen rechtzeitig zur Verfügung
stehen?
• Wo liegt das Optimum zwischen EE-Abregelung +
Back-up Kraftwerken und EE-Speicherung?
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2. Wie bilden wir Flexibilität und Speicher
modelltechnisch ab?
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Quantitative und dynamische Analyse
• Strommarktmodell PowerFlex
– Lineares Optimierungsmodell
– Technische und energiewirtschaftliche Restriktionen
– Differenzierte und dynamische Abbildung von Flexibilität und
Speicheroptionen mit mehreren Parametern
– Wechselwirkungen im Zeitverlauf
• Abbildung von DSM im Modell:
Lastprofil
Speicherkapazität
und
Speicherverluste Wirkungsgrad Wirkungsgrad
Elektrische Leistung 9
eTelligence Modellergebnis: DSM Einsatz im
Jahr 2030
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3. Welche Effekte treten beim Einsatz von
Flexibilität und Speichern im Stromsystem auf?
– Phase 1 (2010 – 2020) –
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eTelligence Modellergebnisse für Phase 1
(2010 – 2020)
• These 1: Effizienzgewinne im Kraftwerkspark durch
dezentrale Flexibilität und Speicher
– Verringerung von An- und Abfahrvorgängen: -5% – -10%
Kosten und CO2-Emissionen ↓
– Höhere Auslastung von Grundlastkraftwerken: +1%
Kosten ↓ und CO2-Emissionen ↑↓
– Verdrängung von PSW-Kraftwerken, dadurch weniger
Wirkungsgradverluste: -15% – -30%
Kosten ↓ und CO2-Emissionen ↑↓
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eTelligence Modellergebnisse für Phase 1
13
3. Welche Effekte treten beim Einsatz von
Flexibilität und Speichern im Stromsystem auf?
– Phase 2 (2020 – 2030) –
14
EE-Stromeinspeisung vom 1.3. – 7.3.2030
(50% flukt. EE)
15
0
20
40
60
80
100
120
1 25 49 73 97 121 145
GW
Stunden
Einspeisung aus Wind-, PV- und Laufwasserenergie Netzlast
6h46 GW
9h
37 GW
eTelligence Modellergebnis: EE-Überschuss
im Jahr 2030 ohne zusätzliche Flexibilität
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Option: EE-Export?
Optionen: PSW, BHKW, DSM,
Power-to-Gas?
Option: EE-Abregelung?
eTelligence Modellergebnis: EE-Überschuss
im Jahr 2030 Bedarf für Tagesspeicher
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15% Wind- und PV-Strom
abgeregelt
7% Wind- und PV-Strom
abgeregelt
eTelligence Modellergebnisse: nutzen von
Flexibilität im Jahr 2030 (Phase 2)
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eTelligence: BHKW Einsatz im Jahr 2030
19
These 3: Zusätzliche EE-Integration durch
Reduktion der Sockellast (Phase 2)
Quelle: Öko-Institut e.V.
Sockellast zur
Bereitstellung von
Regelenergie
Ohne Sockellast
könnte mehr EE
integriert werden
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4. Welche Schlussfolgerungen lassen sich
daraus ableiten?
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Fazit und erste Schlussfolgerungen
• Phase 1: 2010 – 2020
• Flexibilität und Speicher verringern Effizienzverluste im
konventionellen Kraftwerkspark
• Hohe Anfangsinvestitionen sind Hemmnis für Kapazitätsaufbau
• Phase 2: 2020 – 2030
• Konventionelle Stromerzeugung wird direkt durch EE ersetzt
• Hoher Nutzen (Kosten- und CO2-Einsparung)
• Attraktivität für Flexibilität und Speicher steigt
• PSW, BHKW und DSM eignen sich zum Ausgleich
des PV-Einspeiseprofils (Stundenspeicher)
• Speicherwirkungsgrad ist sensitive Größe für
dynamische Wechselwirkungen
Systematischer Vergleich von Speicher- und
Flexibilitätsoptionen: aktuelles BMU Projekt 22
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Dr. Matthias Koch: m.koch@oeko.de
Dr. Dierk Bauknecht: d.bauknecht@oeko.de
Christoph Heinemann: c.heinemann@oeko.de
David Ritter: d.ritter@oeko.de
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