Merit Order Stromerzeugung und –nutzung
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FfE-Fachtagung 2015 Merit Order für ein zukunftsfähiges Energiesystem Merit Order Stromerzeugung und –nutzung Dr. Jens Kanacher RWE Group Business Services GmbH München, 30. April 2015 Agenda 1 Merit Order der Stromerzeugung 2 Entstehung von Überschussstrom 3 Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung 4 Fazit 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 2 schematisch Der Einsatz von Kraftwerken erfolgt nach den kurzfristig variablen Erzeugungskosten – man spricht von Merit Order1 Merit Oder Stromerzeugung ohne Wind und PV: Kosten/Preis €/MWh2 Nachfrage Marktpreis Marge must-run3 Braunkohle Last / Erzeugung Steinkohle Gas Öl Leistung MW Der Marktpreis wird i.d.R. durch die kurzfristig variablen Kosten des preissetzenden Kraftwerks bestimmt. Wesentliche kurzfristig variable Kosten sind Brennstoffkosten und CO2-Kosten. 1 Merit = Wert, Order = Reihenfolge; 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) MWh = Megawattstunde; 3 must-run enthält verschiedenartige Erzeugung (z.B. Laufwasser) 2 | Seite 3 Wind und PV verschieben die Merit Order – Marktpreis und Auslastung konventioneller Kraftwerke sinken Merit Oder der Stromerzeugung inkl. Wind + PV Kosten/Preis €/MWh2 Nachfrage vorher Marktpreis Preisrückgang nachher Mengenrückgang1 Wind / PV must-run Must-run Braunkohle Steinkohle „Residuallast“ Gas Steinkohle Öl Gas Öl Leistung MW Residuallast ist der Anteil der Strom-Nachfrage, der von steuerbaren Erzeugungsanlagen zu decken ist 1 Mengenrückgang in der Erzeugung der konventionellen Kraftwerke 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 4 Die Einsatzreihenfolge kann sich mit ändernden Commodity-Preisen verschieben Gaspreis € / MWhth Beispiel: Schwellenwerte für sog. „Fuel Switch“ zwischen alten SK- und neuen Gasanlagen 40 Variable Kosten Gas größer als variable Kosten Kohle 35 2009 (CO2: 13,4 €/t) 30 2007 (CO2: 0,7 €/t) 25 20 2008 (CO2: 22,3 €/t) 2010 (CO2: 14,5 €/t) 15 10 Variable Kosten Gas kleiner als variable Kosten Kohle 5 0 25 45 1 Kohlepreise Quelle: eigene Analysen 65 inkl. Transport 85 105 125 1 Kohlepreis € / t SKE 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 5 Maßgeblich für die Zusammensetzung des Erzeugungsportfolios sind die relevanten Gesamtkosten Kosten Mindesterlösniveau für… Erlöse Anlagenbau (wenn auf 20-40 Jahre absehbar wirtschaftlich) Sonstiges Regelenergie Weiterbetrieb (wenn auf 3-6 Jahre absehbar wirtschaftich) Anlageneinsatz Wholesale Var. Kosten BetriebsKosten Neubau- Vollkosten Kosten Erlöse Kraftwerksbetreiber unternehmen größte Anstrengungen, um alle beeinflussbaren Faktoren zu optimieren 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 6 Weitere Bausteine für die zukünftige Merit Order Erzeugung werden zunehmend genutzt Beispiele Kommentar Speicher > Pumpspeicher > Druckluftspeicher > Batterien Wirtschaftlichkeit von Speichern im aktuellen Umfeld eher abnehmend (Ausn.: „Kellerbatterie“) Lastverschiebung (Demand-SideManagement) > Verschiebbarer Stromverbrauch in Industrie und Haushalt, z.B.: > Heizung/Kühlung (Nutzung thermischer Speicher) > Waschmaschine, Trockner, etc. (Verhaltensänderung Verbraucher) > Abschaltbare Lasten (Aluminiumschmelze, etc.) Potential für Lastverschiebungen vorhanden, jedoch viele Limitierungen und Hürden bei der Erschließung Dezentrale Erzeugung > Dezentrale BHKWs > Notstromaggregate > Zuk. ggf. auch: BZ-Fahrzeuge etc. IKT ermöglicht Bündelung und Steuerung als „virtuelle Kraftwerke“ 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 7 Agenda 1 Merit Order der Stromerzeugung 2 Entstehung von Überschussstrom 3 Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung 4 Fazit 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 8 exemplarisch Potenzielle Stromüberschüsse entstehen in Situationen negativer Residuallast Residuallastsituationen Geordnete Residuallast in GW €/MWh 80 Wind/PV mustrun Braunkohle Steinkohle Gas Öl MW Positive Residuallast Nachfrage Positive Residuallast GW 60 40 20 Stunden 0 €/MWh Wind / PV mustrun Braunkohle Steinkohle Gas Negative Residuallast (pot. Überschuss) Öl MW Negative Residuallast 1 Nachfrage -20 -40 Ohne Außenhandel, ohne Speicher Quelle: BMWi Zielszenarien, eigene Analysen 4001 6001 8001 Potenzieller Überschuss: Wenn keine Verwendung, dann Abregelung -60 -80 1 2001 Annahme: Zielszenario des BMWi 20501 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 9 Auf nationaler Ebene wird Überschussstrom voraussichtlich erst langfristig ein wesentliches Thema Zielszenario des BMWi 20251 Zielszenario des BMWi 20501 Geordnete Residuallast in GW Geordnete Residuallast in GW 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 1 -20 2001 4001 6001 8001 Export-Kuppelkapazität2 -40 -60 1 2001 4001 6001 8001 Export- Kuppelkapazität2 -20 -40 „Überschussstrom“ ohne Export: 16 TWh (3%) mit Export: 2,5 TWh (0,5%) „Überschussstrom“ ohne Export: 59 TWh (12%) mit Export: 22 TWh (5%) -60 -80 -80 -100 -100 1 2 Ohne Außenhandel, ohne Speicher Heute rd. 18 GW Kuppelstellen 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) Quelle: BMWi Zielszenarien, eigene Analysen | Seite 10 Regional und lokal ist Überschussstrom bereits heute relevant Regional Lokal (bei Prosumer) Von Abregelung betroffene Netzgebiete: Überschusssituation bei Haushalt mit PV: kW Schleswig Holstein 2011 Hohe Wind- und PV-Kapazitäten Überschuss Hohe Wind- und PV-Kapazitäten Haushaltsstromverbrauch Hohe Windkapazitäten PV Stromerzeugung 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Tageszeit Engpässe in Netzkapazität führen zu Abregelung, wenn Strom nicht aus einer Region hinausgeführt werden kann (analog zu national) Aufgrund der steigenden Strompreise und abnehmenden Einspeisevergütung entstehen Anreize zur Erhöhung des Eigenverbrauchs (ohne/mit Speicher) 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 11 Beispiel Batteriespeicher RWE ist mit einer breiten Produktpalette auf dem Heimspeichermarkt präsent Produktportfolio RWE HomePowerStorage Beschreibung Produkt Storage Basic Storage Eco Storage Compact Storage Vario Typ Blei-Säure Li-Ion Li-Ion Li-Ion Kapazität (kWh) 4,9 – 14,8 4,5 – 13,5 4,6 – 60,0 4,6 – 10,1 Laufzeit (Zyklus) 2500 @50% DoD 5000 @80% DoD 5000 @70% DoD 8000 @90% DoD Verkaufs preis (EUR) 7.599 to 10.499 7.499 to 16.999 12.999 to 76.699 14.399 to 25.499 > Seit Mai 2013 bietet die RWE Effizienz erfolgreich Heimspeicher für Privatkunden sowie für kleine und mittelständische Unternehmen an > Derzeit werden Blei-Säure und Li-Ion-Technologien vertrieben > Verbunden über Wechselstromnetz > Integrierbar ins RWE SmartHome System 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 12 Agenda 1 Merit Order der Stromerzeugung 2 Entstehung von Überschussstrom 3 Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung 4 Fazit 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 13 Gibt es auch eine Merit Order der Nutzung von Strom? Zusätzliche Nachfrage für Strommengen zu bestimmten Preisen bildet eine „Merit Order Stromnutzung“ € Strom-Angebot: Merit Order Stromerzeugung € Strom-Nachfrage: Merit Order Stromnutzung „normale“ Nachfrage flexible zusätzliche Nachfrage Leistung Leistung Bisher: • Preise iW durch schwankende Nachfrage bei gegebener Merit Order bestimmt • geringe Preiselastizität der Nachfrage • Dämpfende Rückkopplung bei Nachfrage-/Preisänderungen Strom-Markt gleicht Angebot und die veränderte Nachfrage aus € Heute/zukünftig: • Preise immer stärker durch volatile EE bestimmt • Zunehmende Zeiten mit sehr niedrigen/negativen Preisen • Neue Anwendungen und IKT ermöglichen höhere Preiselastizität Leistung 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 14 Bausteine einer Merit Order (Überschuss-) Stromnutzung Optionen zum Umgang mit Überschussstrom (pot.) Überschuss-Strom „Verwerfen“ Verwenden Direkt Bestehende Nachfrage decken Netzausbau Später Neue Nachfrage schaffen Mehr von vorhandenen Anwendungen Neue Anwendungen (Power-to-X) Wärmepumpen, etc. Elektrolyse, E-mobility, etc. Speicher Abregeln 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 15 Beispiel Power to Gas In Ibbenbüren testet RWE eine Anlage zur Wasserstofferzeugung per Elektrolyse Container mit Elektrolyse-Einheit (Länge 6 m) > Elektrolyseur mit innovativer PEM (Proton Exchange Membrane)Technologie > Elektrische Nennleistung 150 kW > Erzeugung von ca. 30 m³N/h Wasserstoff bei 14 bar(g) – Einbringung in regionales Erdgastransportnetz der RWE Deutschland AG > Erzeugung von ca. 15 m³N/h Sauerstoff – Abgabe in Atmosphäre > Betrieb des Elektrolyseurs ausschließlich mit „grünem Strom“ 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 16 Eine klare Merit Order für die Überschussstrom“-Nutzung gibt es nicht , da der Einsatz nur zT vom Strompreis abhängt Beispiele Flexibilität Zus. Nachfrage durch Netzausbau Entfernte Nachfrage nötig Wärmepumpe (Power-to-Heat) Elektro-Heizstab Begrenzte zeitliche Verlagerung Elektrolyse (Power-to-H2,x) (Ein-)speicherung Abregelung - hoch Hoch, wenn Heizbedarf Abh. von Heizbedarf und altern. Heizsystem Hoch, wenn Ladebedarf Hoch Abh. von Wirtschaftlichkeit des Produkts Begrenzte zeitliche Verlagerung Abh. von diversen Faktoren Hoch - mittel / uneinheitlich Preisabhängigkeit Je nach Art der entfernten Nachfrage Hoch, wenn Zusatzheizung Begrenzte zeitliche Verlagerung E-Mobility Legende: Zahlungsbereitschaft - niedrig Keine 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 17 Aufgrund der Vielzahl von Einflussfaktoren ist die Vorteilhaftigkeit von Maßnahmen situationsabhängig Beispielhafter Vergleich der Wirtschaftlichkeit: E-Mobility und Wärmepumpe Situation 1: Situation 2: Gaspreis 8 ct/kWh; Strompreis 30 ct/kWh; Renditeerwartung 4% Gaspreis 4 ct/kWh; Strompreis 15 ct/kWh; Renditeerwartung 6% Wärme: Zusatzkosten (WP ggü Gastherme) 1000 €; Lebensdauer WP 20a; Zusatz-Opex WP 0 €/a; Leistung 4 kW; JAZ 3,5; Wärmebedarf 20.000 kWh/a; Effizienz Gastherme 95% Wärme: Zusatzkosten (WP ggü Gastherme) 7000 €; Lebensdauer WP 15a; Zusatz-Opex WP 700 €/a; Leistung 2 kW; JAZ 3; Wärmebedarf 25.000 kWh/a; Effizienz Gastherme 95% Mobilität: Zusatzkosten (EV ggü Gasfzg.) 5000 €; Lebensdauer EV 10 a; Zusatz-Opex EV 0 €/a; Ladeleistung 10 kW; Verbrauch 20 kWh/100km; Laufleistung 15 tkm; Verbrauch Gasfzg 50 kWh/100km Mobilität: Zusatzkosten (EV ggü Gasfzg.) 1500 €; Lebensdauer EV 15 a; Zusatz-Opex EV 150 €/a; Ladeleistung 15 kW; Verbrauch 15 kWh/100km; Laufleistung 30 tkm; Verbrauch Gasfzg 65 kWh/100km Vergleich Wirtschaftlichkeit Vergleich Wirtschaftlichkeit 500 400 300 200 100 0 -100 0 2190 4380 6570 # Stunden ÜSS -200 -300 -400 -500 8760 Wärmepumpe (WP) Elektrovehikel (EV) Ökonomischer Nutzen [€/kW/a] Ökonomischer Nutzen [€/kW/a] 500 400 300 200 100 0 -100 0 2190 4380 6570 8760 # Stunden ÜSS -200 -300 -400 -500 Wärmepumpe (WP) Elektrovehikel (EV) 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 18 In der Regel ist der Netzausbau wirtschaftlicher als die Speicherung - es gibt aber auch hier Ausnahmen RWE Projekt für 1 MWh-Speicher in Wettringen Motivation > > > In der Nähe von Wettringen (100 km nördlich von Essen) wird das 10kV-Netz wegen der starken Einspeisung von erneuerbarer Energie während sonniger Tage über die Auslegungsgrenze hinaus beansprucht Diese spezifische Netzüberlastung wird in einigen Jahren auf Grund des bis dahin erfolgten Netzausbaus auf 110kV-Ebene beseitigt sein Diese vorübergehende Netzüberlastung kann kostengünstig mit einem Energiespeicher gelöst werden, da der Energiespeicher im Anschluss wiederverwendet werden kann, während die herkömmliche Alternative ein neuer Netzzweig – überflüssig werden würde P [kW] Belastbarkeitsgrenze Speicher Last mit Speicher Last ohne Speicher 0 0:00 Technische Parameter > > Kapazität Leistung 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 time 1000 kWh 250 kW 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 19 Agenda 1 Merit Order der Stromerzeugung 2 Entstehung von Überschussstrom 3 Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung 4 Fazit 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 20 Fazit Merit Order Stromerzeugung Einsatz von Stromerzeugern > Die Einsatzreihenfolge (Merit Order) eines bestehenden Erzeugungsportfolios variiert vor allem mit den Brennstoff-, CO2- und weiteren variablen Kosten > Der Einsatz von konventionellen Kraftwerken hat sich durch den Ausbau von Windkraft und PV (minimale variable Kosten) drastisch verändert. > Die Steuerung von bestehenden Erzeugungsanlagen auf Basis variabler Kosten erscheint auch zukünftig geeignet, einen effizienten Anlageneinsatz sicherzustellen Zusammensetzung des Erzeugungsportfolios > Für den wirtschaftlichen (Weiter-) Betrieb und Bau von Kraftwerken, müssen nicht nur die variablen Kosten, sondern die relevanten Gesamtkosten gedeckt werden. > Es wird aktuell diskutiert, wie die wirtschaftliche Attraktivität der zukünftig erforderlichen Erzeugungskapazitäten sichergestellt werden kann. 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 21 Fazit Merit Order (Überschuss-)stromnutzung Einsatz von Stromverbrauchern > Eine eindeutige Merit Order wie bei der Stromerzeugung ergibt sich bei der (Überschuss-)stromnutzung nicht, da idR andere Faktoren als der Strompreis für den Einsatz bedeutsam sind. > Zunehmende Zeiten mit minimalen/negativen Strompreisen und die Möglichkeiten der IKT werden jedoch voraussichtlich zu einer erhöhten Preiselastizität der Nachfrage führen. Zusammensetzung des Verbraucherportfolios > Die Ausbau der verschiedenen Optionen für zusätzliche Stromnutzung (inkl. Speicherung, Abregelung) ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. > Es gibt auch eine Reihe von Pfadabhängigkeiten. Beispiel: • Starker Netzausbau heute weniger Speicher in Zukunft nötig • Starker Speicherausbau heute weniger Netz in Zukunft nötig > Entscheidend werden, wie bei der Stromerzeugung, gesellschaftliche Präferenzen sein, die sich über die politische Willensbildung in regulatorisch/ wirtschaftliche Anreize übersetzen. 30. April 2015; FfE-Fachtagung; Dr. Kanacher (RWE GBS GmbH) | Seite 22
