Merit Order Stromerzeugung und –nutzung

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)
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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;
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MWh = Megawattstunde;
3 must-run enthält verschiedenartige Erzeugung (z.B. Laufwasser)
2
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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
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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
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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
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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“
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Agenda
1
Merit Order der Stromerzeugung
2
Entstehung von Überschussstrom
3
Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung
4
Fazit
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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
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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
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Quelle: BMWi Zielszenarien, eigene Analysen
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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)
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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
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Agenda
1
Merit Order der Stromerzeugung
2
Entstehung von Überschussstrom
3
Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung
4
Fazit
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| 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
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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
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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“
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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
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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)
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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
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Agenda
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Merit Order der Stromerzeugung
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Entstehung von Überschussstrom
3
Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung
4
Fazit
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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.
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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.
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