Eigenverbrauch von PV - Institut für ökologische Wirtschaftsforschung

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Eigenverbrauch von PV - Institut für ökologische Wirtschaftsforschung

Eigenverbrauch von PV- Strom

Fokus: Private Haushalte

2. Nationaler Kongress der erneuerbaren

Energien und der Energieeffizienz

Landhaus Solothurn, 14.11.2013

Mark Bost

Institut für ökologische

Wirtschaftsforschung (IÖW), Berlin


Das IÖW:

Forschen für nachhaltiges Wirtschaften

Institut für ökologische Wirtschaftsforschung GmbH, gemeinnützig

– Unabhängiges, praxisnahes Forschungs- und Beratungsinstitut seit 1985

– Hauptsitz Berlin, Geschäftsstelle in Heidelberg

– Abteilung „Nachhaltige Energiewirtschaft und Klimaschutz“ mit

Vielzahl von Aktivitäten im Bereich Erneuerbarer Energien und

nachhaltiger Energienutzung

– z.B. „Kommunale Wertschöpfung durch Erneuerbare Energien“

seit 2010 è viele Folgeprojekte, u.a. Online-Rechner (2012) *

– Abteilungsleiter: Prof. Dr. Bernd Hirschl (Stiftungsprofessur Management

regionaler Energieversorgungsstrukturen an der Brandenburgischen

Technischen Universität Cottbus Senftenberg)

2

*) http://www.kommunal-erneuerbar.de/de/kommunale-wertschoepfung/rechner.html


Inhalt

I. Hintergrund & Fragestellungen

II. Bisherige Untersuchungen: Methodik

III. Ergebnisse (Auszüge)

Eigenverbrauchs- & Lastverschiebungs-Potenziale

IV. Exkurse

– Wirtschaftliche Aspekte,

– Netzparität auf Großhandelsebene, Netzparität in Europa

V. Mögliche Folgen

VI. Ausblick & Folgevorhaben

3


I. Hintergrund:

Eigenverbrauch von Strom – Varianten

Eigenverbrauch = Verbrauch von selbst erzeugtem Strom durch eigene

Anlagen im räumlichen Zusammenhang ohne öffentliches Stromnetz

– Industrieller Eigenverbrauch

– Existiert seit Bestehen deutscher Industrieunternehmen

– Meist KWK-Kraftwerke für Strom & Prozesswärme

PV-Eigenverbrauch

– Varianten:

– Netzautarke Anlagen (in BRD vernachlässigbarer Ausnahmefall)

– Netzgekoppelte Anlagen

– Formal im deutschen EEG* seit 2009 (Bonus-Regelung)

– Seit 2012 durch Netzparität zunehmend attraktiv

è Neue Option für Haushalte und Gewerbe

Prognose

2014 ca.:

44,3 TWh

(8,4 %)**

2,8 TWh

(0,5 %)**

4

*) EEG = Deutsches Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien

**) Anteil am gesamten deutschen Letztverbrauch


I. Hintergrund:

PV- & EE-Ausbau in Deutschland

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 10/13 2014

Photovoltaik [GW] 1,1 2,1 2,9 4,2 6,1 10,6 17,6 25,0 32,6 35,7

Photovoltaik [TWh] 0,6 1,3 2,2 3,1 4,4 6,6 11,7 19,3 28,0 30,6

PV-Anteil an EE-Strom [%] 1,0 2,1 3,1 3,5 4,8 7,0 11,2 15,7 20,6 21,8

Anteil EE-Strom [%]

(bzgl. Bruttostromverbrauch)

9,2 10,1 11,6 14,3 15,1 16,4 17,1 20,5 22,9 >25

EEG-Umlage [ct/kWh] 0,58 0,68 0,88 1,02 1,12 1,13 2,05 3,53 3,59 5,28 6,24

Inst. PV-Leistung [GW]

40

35

30

25

20

15

10

5

0

5


I. Hintergrund:

Netzparität für Haushalte

- 75 % (-14,33 % p.a.)

+ 61 % (+ 5,44 % p.a.)

6

è Durch zunehmende Preisschere wird Stromerzeugung mit Eigenverbrauch attraktiver!

è 2014 soll der PV-Eigenverbrauch schätzungsweise 2,8 TWh betragen [r2b 2013]

**) Deutsches EEG: bis 2011 für PV-Anlagen bis 30 kWp, seit 2012 für Anlagen bis 10 kWp


I. Hintergrund: Begriffsvielfalt –

Netzparität (NP) / grid parity

1. Zunächst: NP auf Verbraucherebene (è grid parity retail)

PV-Stromgestehungskosten = Strombezugspreis (Arbeitspreis)

– Mgl. Bezugspreise [ct/kWh]*: Haushalte (22–28) > Gewerbe (14–24) > Industrie (5–16)

2. Später: NP auf Großhandelsebene (è grid parity wholesale)

PV-Stromgestehungskosten = Großhandelsstrompreis (3–6 ct/kWh*)

– Mgl. Bezugspreise: Verschiedene Börsenstrompreise; mit/ohne CO 2 -Kompensationskosten…

– Kosten & weitere Parameter:

– Investitionskosten mit/ohne Energiemanagement/Speicher, Rendite, Finanzierung, …

– Nutzungsdauer, Solarstrahlung, Effizienz, Eigenverbrauchsanteil, …

– Was passiert mit Überschüssen? è Einspeisevorrang & Vergütungshöhe ?!?

è Netzparität abhängig von Region, Zielgruppe & System

è EPIA hat 7 unterschiedliche Definitionen für „grid parity“ **

7

*) BRD 2012/2013

**) EPIA 2011: Overview Of Parameters To Be Considered For The Creation Of The Definition Of Grid Parity.

PV PARITY / European Photovoltaic Industry Association (EPIA). September 2011. www.pvparity.eu.


I. Hintergrund:

Von der Netzparität zum Eigenverbrauch

– Netzparität ist wichtigster Treiber für Eigenverbrauch

– Welche Eigenverbrauchs- und Eigendeckungsanteile können real erzielt

werden?

– Einfluss unterschiedlicher Parameter auf Eigenverbrauch und

Wirtschaftlichkeit (Haushaltsgröße, Verbraucherverhalten, Anlagenertrag

(bzw. Standorteinfluss), Stromspeicher)

– Erste Untersuchung im Rahmen einer Studie im

Auftrag von Greenpeace Energy:

Bost, Hirschl, Aretz (2011): „Effekte von Eigenverbrauch und Netzparität bei der Photovoltaik“

(Download unter www.ioew.de)

– Weiterführende Untersuchungen in aktuellen Forschungsprojekten

8


II. Methodischer Ansatz: Zeitlich hoch

aufgelöste Simulation von Haushalten

– Anlagengröße (Ertrag): 3 – 5 kWp (2,7 – 4,5 MWh/a)

– Haushaltsgröße: 2 / 4 Personen (3.000 / 4.500 kWh/a)

– Speicherkapazität: 2,5 / 5 / 7,5 / 10 / 15 kWh (90 % Effizienz)

– Nutzerverhalten: Lastverschiebung (systematisch / smart)

– Energieeffiziente Produkte: Verbrauch -40 %

– Hohe zeitliche Auflösung (1 min-Takt):

– Reale PV-Ertragsdaten über ein Jahr

– Modellierte Nutzung von 32 Geräten im Haushalt

– z.T. individuelle Lastprofile gem. eigenen Messungen

è Berücksichtigung saisonaler & kurzzeitiger Schwankungen

(z.B. Wolkenzug etc.)

Leistung [W]

2000

1500

1000

500

Lastprofil Waschmaschine

(Koch-/Buntwäsche 60 °C)

Leistung W

kum. kWh

0

00

0 50 100 150

t [min]

01

01

01

00

Kum. Stromverbrauch [kWh]

9


10

II. Methodik:

Beispiel der PV-Erträge und Verbräuche


III. Ergebnisse: PV Eigenverbrauch (Auszug)

2,7 MWh/a (ca. 3 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

Status Quo

32,1%

68,4%

95,6%

99,4%

2,7 MWh/a (ca. 3 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

systematisch optimiert

39,6%

77,4%

97,5%

99,5%

2,7 MWh/a (ca. 3 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

Smart

42,4%

80,3%

97,6%

99,5%

+

3,6 MWh/a (ca. 4 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

Status Quo

3,6 MWh/a (ca. 4 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

systematisch optimiert

3,6 MWh/a (ca. 4 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

Smart

27,4%

34,5%

37,1%

56,8%

64,9%

67,5%

84,5%

92,0%

87,5%

92,0%

88,2%

92,0%

Ohne Speicher

2,5 kWh Speicher

5,0 kWh Speicher

7,5 kWh Speicher

10 kWh Speicher

15 kWh Speicher

4,5 MWh/a (ca. 5 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

Status Quo

24,1%

48,5%

73,4%

82,8%

4,5 MWh/a (ca. 5 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

systematisch optimiert

30,4%

55,6%

76,6%

83,2%

11

4,5 MWh/a (ca. 5 kWp)

4 Pers., Durchschnittverbr.,

Smart

32,6%

57,8%

77,6%

83,3%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Eigenverbrauchsanteil


III. Ergebnisse bzgl. Eigenverbrauch (EV)

12

1. EV ohne techn. Maßnahmen i.d.R. < 30%

è

è

Großteil muss weiter eingespeist werden

EEG-Förderung & Regulierung bleiben wichtig!

2. Steigerungspotenzial für die Eigenverbrauchsquote ~

– Hohe Verbräuche (HH-Größe, Geräte, …) è 5–10%-Pkte.

– Geringe Erträge (Anlagengröße, spezif. Ertrag…) è 2–20%-Pkte.

– Lastverschiebung è 2–10%-Pkte.

– Mehrinvestition für „smart“ lohnt derzeit nicht

3. Speicher können den EV auf 40 bis über 90 % erhöhen

– Erst Speicher ermöglichen Unabhängigkeit von Einspeisevergütung

– Mittlerweile ca. 200 PV-Speicher am deutschen Markt

– Derzeit allerdings noch viel zu teuer (0,24–0,82 €/kWh)

– Netzparität inkl. Speicher vor 2020 mgl.

Verbrauch

Ertrag


III. Mögliche Speicherproblematik

3.500

August 2008

2.500

1.500

500

PV-Ertrag

[W]

Last [W]

-500

Di Mi Do Fr Sa

Last

[W]

13

-1.500

-2.500

-3.500

-4.500

Tag

Last

[W]

5000 kWh

è Speicherbetrieb zur Eigenverbrauchsoptimierung

kann bei vollen Speichern zu extremen Einspeisepeaks führen

è Konflikt: Eigenverbrauchsoptimierung vs. Netzintegration

è Sinnvolle Betriebsführung wichtig


IV. Exkurs: Wirtschaftliche Effekte

Eigenverbrauch kann EEG-Umlage ohne Speicher um

6–20% oder mit Speicher um 18–40% reduzieren

– Grobe Abschätzung für 1 GW PV-Neuinstallation mit

30% Eigenverbrauch:

Strompreis-Zusammensetzung

BRD (ISE 2013):

Strompreisbestandteile Mio. € Anteil am

Netzentgelte -11,9

Gesamtaufkommen

Konzessionsabgabe -3,5 -0,10%

KWK-Umlage -0,3 -0,04%

Stromsteuer -4,1 -0,07%

Summe Mindereinnahmen -19,8

EEG-Einsparungen 16,7 0,35%

Saldo -3,1

14

è EV kann trotz geringer EEG-Umlage zu steigenden

Systemkosten für die Allgemeinheit führen

è Zusätzliches Konfliktpotenzial


IV. Exkurs: Netzparität auf Großhandelsebene

auf Haushaltsebene und für

einige Gewerbe schon heute

15

Hier: PV-Freiflächenanlagen in BRD mit 25 Jahren Nutzungsdauer

Abb.: Kost et al. (2012): Stromgestehungskosten erneuerbare Energien. Fraunhofer ISE, Mai.


V. Mögliche Folgen von

Netzparität & Eigenverbrauch

– Folgen teils stark abhängig von künftigen

Rahmenbedingungen

(z.B. Abnahme- und Liefergarantien, Förderung, Tarife, …)

– Motivation zu höherem Eigenverbrauch (EV)

– Lastverschiebungen è pauschal / smart D / C

– Evtl. zusätzliche / ineffiziente Verbraucher

(z.B. elektr. Warmwasserbereitung/Heizung, …)

– Nutzung von Speichern è Betreiber- / Netzoptimiert D / C

– Evtl. kleinere PV-Anlagen

– Neue Geschäfts- & Nutzungsmodelle, z.B. Direktvermarktung,

gemeinschaftliche Nutzung von PV-Anlagen, Pooling

D

16

– Potenziale vor allem beim Gewerbe (Last ~ PV-Ertrag)

è Netz behält Pufferfunktion, deren Preis/kWh mit

zunehmenden Eigenverbrauch steigt è Abrechnung?


VI. Ausblick / Folgevorhaben

– Forschungsbedarf / Folgevorhaben

zu dezentralen PV-Speichern:

1. Ermittlung sinnvoller Einbindungsmodelle

• Berücksichtigung der Effekte auf allen Netzebenen

• Implementierung sinnvoller Speicher-Betriebsweisen

2. Entwicklung sinnvoller Rahmenbedingungen / Fördermodelle / Marktdesigns

3. Untersuchung der Akzeptanz & Investitionsbereitschaft privater Investoren

4. Betrachtung sozial-ökologischer Faktoren

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Projekt PV-Nutzen

– Titel: Analyse des betriebswirtschaftlichen,

volkswirtschaftlichen, technischen und ökologischen

Nutzens von Speichern in netzgekoppelten Photovoltaik-

Anlagen (12/2012 – 5/2015)

– Gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt,

Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Berlin

– Partner:

– Ziele:

– ISEA – Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe

der RWTH Aachen (Gesamt-Leitung)

– IFHT – Institut für Hochspannungstechnik der RWTH Aachen

– Ermittlung von Betriebsweisen für PV-Batteriespeicher, welche

einen positiven systemischen Gesamtnutzen sicherstellen

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– Ableitung von Empfehlungen für geeignete

Rahmenbedingungen


Projekt Prosumer-Haushalte

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– Titel: Private Haushalte als neue Schlüsselakteure einer

Transformation des Energiesystems

– Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und

Forschung (BMBF), Berlin (4/2013 – 10/2016)

– Partner:

– Ziele:

– FCN – Institute for Future Energy Consumer Needs der RWTH

Aachen (Gesamt-Leitung)

– GWS – Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung mbH,

Osnabrück

– Praxisbeirat: Trianel, HSE, Energy Hills, BMU, UBA

– Ergänzung eines Energiewirtschaftsmodells um Prosumer

– Ableitung von Empfehlungen für eine sozial-ökologisch

orientierte Förderpolitik


Vielen Dank

Mark Bost

IÖW – Institut für ökologische

Wirtschaftsforschung, Berlin, Deutschland

Mark.Bost@ioew.de

14.11.2013

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