Energiespeicher – Bedeutung für das Gelingen der Energiewende

HTW-Symposium
„Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende“
Energiespeicher – Bedeutung für das Gelingen
der Energiewende
Berlin, 02.07.2015
Mathias Timm, BDEW e. V.
BDEW Bundesverband der
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
www.bdew.de
Übersicht
1.
Einführung / Energiewende
2.
Flexibilitätsbedarf
3.
Energiespeicher / Speicherdienstleistungen
4.
Energy-Only-Markt / Regelenergiemarkt
5.
Regulierung & Gesetzeslage
6.
Fazit
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Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 2
1. Einführung / Energiewende
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Mathias Timm
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Seite 3
1. Energiewende / Politische Ziele im Strombereich
 Ausstieg aus der Kernenergienutzung bis 2022
 Reduzierung des Stromverbrauchs:
 10 % bis 2020
 25 % bis 2050
80%
 Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch
60%
(heute ~ 28 %):
45%
25% 26%
55%
2050
2035
2025
2013*
2012
40%
2011
2010
2009
2008
16% 17%
14% 15%
2007
2004
2006
2003
10% 12%
2005
8%
2002
1998
8%
2001
1997
7%
2000
5%
7%
9%
6%
1999
4%
5%
1996
20%
Quelle: Energiekonzept der Bundesregierung 2011 / Koalitionsvertrag 2013, EEG 2014, BDEW (Stand 05/2014)
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1. Brutto-Stromerzeugung 2014
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Mathias Timm
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Seite 5
1. Installierte Leistung Erneuerbare Energien
160.000
StrG
EEG
140.000
120.000
2015
100.000
MW
Maximale Last: ca. 82.000 MW
80.000
60.000
40.000
Minimale Last: ca. 35.000 MW
20.000
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
0
thermische Abfallbehandlung
Wasserkraft >5 MW*
Wasserkraft <5MW*
Biomasse
Wind-Onshore
Wind-Offshore
Photovoltaik
Geothermie**
* Aufteilung teilweise geschätzt; **Geothermie nicht sichtbar (2011: 10 MW)
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Mathias Timm
Quelle: BDEW, BMU-Leitstudie 2011
Berlin, 02.07.2015
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1. „Rollentausch“
Anteil der Erneuerbaren Energien am Brutto-Inlandsstromverbrauch in Deutschland:
Zieljahr 2050
2012
konventionelle
Energieträger:
ca. 80%
konventionelle
Energieträger:
ca. 20%
Erneuerbare:
ca. 20%
Erneuerbare:
ca. 80%
Quellen: BDEW, AG Energiebilanzen,Stand: 08/2012; Ziele der BR
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Mathias Timm
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2. Flexibilitätsbedarf
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Michael Metternich
Seite 8
2. Regionaler Bedarf an Energiespeichern
Quelle: E.ON
Die Erneuerbare-Energien-Einspeisung im 20 kV-Netz in Falkenhagen (E.ON P2GPilotanlage) zeigt, dass bereits heute in einzelnen Regionen Speicher nützlich sind.
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Seite 9
2. Wind und PV / Beitrag zur gesicherten Leistung
MW
80.000
70.000
60.000
36.200
50.000
PV
Wind-Onshore
40.000
30.000
20.000
33.000
10.000
0
300
0
Installierte Leistung
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Gesicherte Leistung
Mathias Timm
Quelle: Eigene Darstellung
nach „Bericht der deutschen
ÜNB zur Leistungsbilanz
2014 nach EnWG § 12 Abs.
4 und 5“, Stand: 30.09.2014
Berlin, 02.07.2015
Seite 10
2. Zusammenspiel von EE und Backup-KW
80.000
Montag,
17.06.2013
Sonntag,
16.06.2013
Dienstag,
18.06.2013
Mittwoch,
19.06.2013
180
160
50.000
MW
30.000
220
200
60.000
40.000
240
140
Residuallast: 15.938 MW
65 % Lastabdeckung
durch Wind & PV
8 Stunden später
120
Residuallast: 45.837MW
3 % Lastabdeckung
durch Wind & PV
100
80
20.000
60
40
10.000
€/MWh
70.000
Samstag,
15.06.2013
20
0
0
-20
-10.000
-40
-20.000
-60
-80
-30.000
-100 €/MWh
-100
-40.000
-120
Wind
Photovoltaik
Stromverbrauch
Spotpreis [€/MWh]
Quellen: Übertragungsnetzbetreiber, EEX, BDEW (eigene Berechnungen)
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3. Energiespeicher /
Speicherdienstleistungen
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Michael Metternich
Seite 12
3. Energiespeichertechnologien
Pumpspeicherkraftwerke
Batterien
Power-to-Gas
Power-to-Heat
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E-Mobility
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3. PSW in Mitteleuropa
Übersicht über Pumpspeicherkraftwerke (> 300 MW) in D, A, CH, LUX
PSW Markersbach (1.050 MW)
Stauinhalt: 6,5 Mio. m³
Bestand PSW
PSW Hohenwarte II (320 MW
Stauinhalt: 3,3 Mio. m³
 Installierte Leistung in
Deutschland:
ca. 7.000 MW
PSW Waldeck II (480 MW)
Stauinhalt: 4,3 Mio. m³
PSW Goldisthal (1.060 MW)
Stauinhalt: 12,0 Mio. m³
 Installierte Leistung am
deutschen Stromnetz:
ca. 9.000 MW
PSW Vianden (1.096 MW)
Stauinhalt: 6,8 Mio. m³
PSW Wehr(980 MW)
Stauinhalt: 4,4 Mio. m³
 Speicherkapazität in
Deutschland:
ca. 40 GWh
PSW Säckingen (370 MW)
Stauinhalt: 2,2 Mio. m³
PSW Kops II (450 MW)
Stauinhalt: 43 Mio. m³
PSW Grimsel II (311 MW)
Stauinhalt: ... Mio. m³
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Quelle: BDEW, Stand 2013
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 14
3. PSW-Projekte in Mitteleuropa
Neubau
Erweiterung
Ausbau-Potenzial PSW
 Geplante Projekte (bis 2025): ca. 3.000 MW
 Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH:
 Baden-Württemberg: 201 „konfliktarme“
Standorte mit 116 GW Gesamtleistung und
928 GWh Arbeitsvermögen)
 Thüringen: 10 Standorte mit einer
Gesamtleistung von 4,8 GW bzw. 38,7 GWh
 Bayern: 16 „besonders geeignete“ Standorte
mit einer Gesamtleistung von 11 GW bzw.
16 GWh)
 Fichtner GmbH & Co. KG:
 Niedersachsen: 83 PSW-Standorte mit einer
Gesamtleistung von 19,6 GW und einer
Speicherkapazität von 98,2 GWh (die 10
wirtschaftlichsten Standorte: 3,8 GW und
19,2 GWh).
 Realisierung derzeit unwahrscheinlich!
Quelle: BDEW (Stand 2014), HPI (2012/2014), Fichtner (2014)
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Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
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3. (Groß-)Batteriespeicherprojekte (Beispiele)
Stromspeich. Braderup
(Bosch & BWP )
 Li-Ionen & VanadiumBattery Park Schwerin
(WEMAG)
 Li-Ionen
 5 MW / 5 MWh
 Primärregelleistung
 Präqualifikation:
08/2014
Redox-Flow
 2+0,25 MW / 2+1 MWh
 Inbetriebnahme:
07/2014 (Li-Ionen)
RRKW Feldheim
(Energiequelle & Enercon)
Technology Center Berlin
(Younicos)/Vattenfall/
 Li-Ionen & Sodium Sulfur
 1.2 MW / 6.2 MWh
 Primärregelleistung
 Präqualifikation: 12/2012
 Li-Ionen
 10 MW / 6,5 MWh
 Inbetriebnahme (final):
vrsl. 2015
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Quelle: Younicos, Bosch, Energiequelle
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3. Hausspeicher (Beispiele)
WEMAG ReeVOLT!
(bis 5 kWh)
EWE-EQOO
(5,4 bis 8,1 kWh)
RWE HomePower
(4,5 bis 13,5 kWh)
Quelle: BDEW, WEMAG, RWE. EWE
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3. P2G-Projekte in Deutschland
Windpark RH2-WKA
Hybridkraftwerk Prenzlau
Wasserstofftankstelle HafenCity
Audi e-gas Projekt
Pilotanlage Falkenhagen
RWE-Demonstrationsanlage
Multi-Energie-Tankstelle H2BER
H2Herten
HYPOS
CO2RRECT
Methanisierung am Eichhof
Energiepark Mainz
BioPower2Gas
H2-Forschungszentrum Cottbus
sunfire Power-to-Liquids
Thüga-Demonstrationsanlage
Mikrobielle Methanisierung
Power-to-Gas im Eucolino
Verbundprojekt "Power-to-Gas"
Quelle: Eigene Darstellung nach Daten der
dena-Strategieplattform “Power to Gas“
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Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 18
3. Bereitstellung von Systemflexibilität durch
Energiespeicher (technologieabhängig)
 Erzeugungsausgleich: Spotmärkte und Terminmärkte (Börse und OTC)
 Bereitstellung von Systemdienstleistungen (heute: v. a. durch konv. Kraftwerke):
 Netzengpassmanagement (insb. Redispatch)
 Gradientensteuerung (Ramping)




Primärregelleistung (positiv und negativ)
Sekundärregelleistung (positiv und negativ)
Minutenreserveleistung (positiv und negativ)
Momentanreserve (sofortige Frequenzstützung)
 Bereitstellung von Kurzschlussleistung
 Bereitstellung von Blindleistung
Betriebsführung
Frequenzhaltung durch
Wirkleistungsregelung
Spannungshaltung
und -qualität
 Schwarzstartfähigkeit
 Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)
 Beitrag zur gesicherten Leistung
Versorgungssicherheit
und -wiederaufbau
Quelle: angelehnt an „Sterner, M; Stadler, I; Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration, Springer-Vieweg
Verlag Heidelberg, Berlin, New York (2014).“
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Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
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3. Bedeutung von Energiespeichern / Blackout 2006
 4. November 2006 (22:10 Uhr): Störung im europäischen Verbundnetz
(erstreckt sich von Portugal bis Polen und von Dänemark bis
Griechenland)  versorgt 450 Mio. Menschen
 Betroffen: 10 Mio. Menschen in Deutschland (EU: 120 Mio. Menschen)
 Ursache: Fehler bei der planmäßigen Abschaltung einer 380-kVFreileitung in der Regelzone von E.ON (heute TenneT TSO) 
Überlastung in benachbarten Leitungen (zu diesem Zeitpunkt flossen
ca. 10.000 MW Strom nach West- und Südeuropa)
 Europaweite Kettenreaktionen, das europäische Netz teilte sich
in drei Netzblöcke  Trennungslinie quer durch Deutschland
und Österreich
 Starten großer PSW-Kapazitäten (ca. 3.000 MW) in der
Regelzone von Vattenfall Europe Transmission (heute 50Hertz
Transmission) in wenigen Minuten  Reduzierung der
entstandenen Überfrequenz (Ergebnis: „Blackout“ konnte in
diesem Netzblock verhindert werden)
 In den übrigen Regelzonen in Deutschland gelang auch
aufgrund der dortigen PSW der Netzwiederaufbau
(Schwarzstart)
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Mathias Timm
Quelle: BDEW, ÜNB, Wikipedia
Berlin, 02.07.2015
Seite 20
3. Bedeutung von Energiespeichern / Vermeidung
eines Blackouts am 28. März 2012
 Ausfall der 380-kV-Freileitung Wolmirstedt–Helmstedt
(21:06 Uhr bis 01:05 Uhr) bei 9,3 GW Windeinspeisung
(installierte Leistung in 50Hertz-Regelzone: 11,6 GW)
 Überlastung der gesamten 380-kV-Nord-Süd-Leitungen
 Umschalten der PSW „Goldisthal“, „Hohenwarte 2“ und
„Markersbach“ in wenigen Minuten von +500 MW
Turbinenbetrieb auf -1.000 MW Pumpbetrieb
 Sofortige Entlastung
im gesamten 380-kVNetz und Vermeidung
eines (ggf. länderübergreifenden)
Blackouts
Quelle: Vattenfall („Wissen | 05 Daten, Fakten, Einblicke in die Energiewirtschaft Pumpspeicherwerke“)
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Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 21
4. Energy-Only-Markt /
Regelenergiemarkt
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Michael
Mathias
Metternich
Timm
15.08.11
Berlin, 02.07.2015
Seite 22
4. Preisentwicklung an der Strombörse (II)
Spotmarkt Tagesindizes (01.01.2011 – 04.11.2014)
EPEX Spot Tagesindizes Phelix Day Base/Phelix Day Peak (gleitender 30-Tages-Duchschnitt)
2011
201 2
2013
2014
 Peak: 57,12 €/MWh
 Peak: 48,51 €/MWh
 Peak: 43,13 €/MWh
 Peak: 35,67 €/MWh
 Base: 51,15 €/MWh
 Base: 42,60 €/MWh
Diff: 5,91 €/MWh
 Base: 37,78 €/MWh
Diff: 5,35 €/MWh
 Base: 32,30 €/MWh
Diff: 3,37 €/MWh
Diff: 5,97 €/MWh
Quelle: EEX, BDEW
BDEW Bundesverband der
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 23
4. Spotmarktpreis / Peak-Off-Peak-Spread
EPEX Spot Intra-Day-Strom-Handel
90
Average Peak-Off-Peak-Spread
Average Low Price
Average High Price
80
Peak-Off-PeakSpread < 20 EUR /
MWh
70
60
50
40
30
20
* Monatlicher Durchschnittspreis
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Nov. 14
Sep. 14
Jul. 14
Mai. 14
Mrz. 14
Jan. 14
Nov. 13
Sep. 13
Jul. 13
Mai. 13
Mrz. 13
Jan. 13
Nov. 12
Sep. 12
Jul. 12
Mai. 12
0
Mrz. 12
10
Jan. 12
Durchschnittlicher Spotmarktpreis* in €/MWh
Monatsmittelwerte am Intra-Day-Markt (2012 – 2014)
Quellen: Eigene Darstellung nach EEX, BDEW
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 24
4. Speicherbetrieb unrentabel
Mit sinkenden Spreads
verliert das Geschäftsmodell
von PSW seine Grundlage
Quelle: EnBW 2012
BDEW Bundesverband der
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 25
4. Überblick EOM und Regelenergiemarkt
Energy-Only-Markt:
 Terminmarkt  Phelix Futures (Baseload-, Peakload- und Off-Peak- Kontrakte)
 langfristige Geschäfte mit z.T. mehrjährigen Laufzeiten
 Spot-Markt (Day-Ahead-Markt, Intra-Day-Markt)
Regelenergiemarkt:
Leistung
Primärregelung (PRL)
- Gebotsuntergrenze: 1 MW
- Aktivierung: <30 Sek.
Sekundärregelung (SRL)
- Gebotsuntergrenze: 5 MW
- Aktivierung: <5 Min.
30 Sek.
• Wöchentliche Ausschreibung
5 Min.
• Wöchentliche Ausschreibung
• 1 Produkt (Leistungspreis)
• 4 Produkte (POS/NEG/HT/NT)
(Leistungs- und Arbeitspreis)
Quelle: Eigene Darstellung
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Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
Minutenreserve(MRL)
- Gebotsuntergrenze: 5 MW
- Aktivierung: <15 Min.
15 Min.
• Tägliche Ausschreibung
• 12 Produkte
(Leistungs- und Arbeitspreis)
Berlin, 02.07.2015
Seite 26
4. Regelenergiemarkt / Entwicklung der Leistungspreise
Mittlere Leistungspreise
Leistungspreis (EUR/MWh)
25
20
15
10
5
0
2006
2007
2008
2009
2010
PRL
Quelle: BDEW
BDEW Bundesverband der
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
2011
2012
SRL Pos
SRL Neg
2013
2014
MRL Pos
MRL Neg
Mittlere Leistungspreise entsprechen einem Leistungsgewichteten Mittel [€/MWh]
Mathias Timm
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Seite 27
4. Regelenergiemarkt / Entwicklung der Arbeitspreise
Mittlerer Arbeitspreis
800
600
400
Arbeitspreis (EUR/MWh)
200
0
SRL Pos
SRL Neg
-200
MRL Pos
-400
MRL Neg
-600
-800
Einführung negativer
Arbeitspreise
-1.000
-1.200
Monat
Quelle: BDEW
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Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 28
5. Regulierung & Gesetzeslage
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Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Michael
Mathias
Metternich
Timm
15.08.11
Berlin, 02.07.2015
Seite 29
5. Problem: Speicher = Letztverbraucher?
Funktion Energiespeicher:
Situation
heute
Stromerzeugung
Im existierenden Rechtsrahmen
gibt es die Systemkomponente
“Energiespeicher” nicht.
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Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Stromnetz
Energiespeicher
Letztverbraucher
Wärme- / Gasnetz
Quelle: Eigene Darstellung (BDEW)
Mathias Timm
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Seite 30
5. Gesetzliche Regelungen zu Energiespeichern
 EEG-Umlage (§ 60 Abs. 3 EEG 2014):
Ausschließlich „Strom-zu-Strom-Speicher“ (Power-to-x-to-Power-Anlagen) sind von der
EEG-Umlage befreit (v. a. PSW und Batteriespeicher)
 Netzentgelte (§ 118 Abs. 6 EnWG):
Bislang profitieren gem. § 118 Abs. 6 EnWG nur neue Stromspeicher und „Power-to-GasAnlagen“ und modernisierte PSW von einer zeitlich befristeten Netzentgeltbefreiung.
 Stromsteuer (§ 9 Abs. 1 Nr. 2 StromStG):
Befreiung der „Stromentnahme zur Stromerzeugung“ gilt bislang nur für PSW
 Weitere Kosten- und Abgaben





KWK-Umlage
Konzessionsabgaben
§ 19 Abs. 2 StromNEV-Umlage
Umsatzsteuer
Offshore-Haftungsumlage
Folge: Der Peak-/Off-Peak-Spread
wird weiter verringert!
BDEW Bundesverband der
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
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Seite 31
5. Aktivitäten des Gesetzgebers
• Seit 2008 erfolgten nur wenige Verbesserungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen für einzelne Energiespeichertechnologien durch den Gesetzgeber,
sie lösten das Grundproblem nicht!
• Der Koalitionsvertrag zwischen CDU/CSU und SPD enthält erstmalig auf Seite
57 ein eigenes Kapitel zu Energiespeichern („Speicher“):
 Prüfung des technisch und wirtschaftlich verfügbaren Speicherpotenzials
 Technologieneutrale Ausgestaltung der Rahmenbedingungen für Energiespeicher  Koalition will, „dass Pumpspeicherwerke auch künftig ihren
Beitrag zur Netzstabilität wirtschaftlich leisten können.“
 Überprüfung der Letztverbraucher-Pflichten von Energiespeichern
 Fortführung des bereits angelegten Forschungsprogramms
• ABER: Im Rahmen der aktuellen EEG-Novelle erfolgten trotz der o. g. Absichtserklärung des Gesetzgebers keine Verbesserungen der regulatorischen
Rahmenbedingungen für Energiespeicher.
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Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 32
5. Definition „Energiespeicher“ durch BDEW
 Der BDEW hat am 6. Juni 2014 einen Vorschlag für eine
„Definition des Begriffes ‚Energiespeicher‘“ und für eine
Befreiung entsprechender Anlagen von Netzentgelten und
Letztverbraucherabgaben vorgelegt.
Im Detail:
 Einheitliche Definition des Begriffes „Energiespeicher“
sowie der Unterkategorien „Stromspeicher im
Stromversorgungssystem“ und „Gasspeicher im
Gasversorgungssystem“ im EnWG sowie in weiteren
relevanten Gesetzen.
 Vorschläge zur Befreiung von Stromspeichern im
Stromversorgungssystem von (Strom-)Netzentgelten
 Befreiung von Stromspeichern im Stromversorgungssystem
Online unter:
http://www.bdew.de
und weiteren Energiespeichern von der EEG-Umlage (insofern
letztere der Markt- und Systemintegration der EE dienen)
 Adressierung weiterer für Energiespeicher existierender Hemmnisse (Ein- und
Ausspeicherentgelte für Gasspeicher, EEG-Umlage für Trinkwasserturbinen etc.)
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Berlin, 02.07.2015
Seite 33
6. Fazit
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Mathias Timm
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Seite 34
6. Fazit (I)
 Die Bedeutung von Energiespeichern steigt mit dem Voranschreiten der
Energiewende:
 Ausbau v. a. dargebotsabhängiger Erneuerbarer Energien (Wind und PV)
 Ausscheiden konventioneller Back-up-Kraftwerke
 steigender Flexibilitätsbedarf zur Aufrechterhaltung der Systemstabilität und
Versorgungssicherheit
 Flexibilitätsbedarf (technisch): Energiespeicher und andere Flexibilitätsoptionen
sind zunehmend wichtig, um Systemdienstleistungen und weitere Speicherdienstleistungen im System bereitzustellen und damit die Versorgungssicherheit zu
gewährleisten
 Je nach Anforderung im System, sind unterschiedliche Energiespeichertechnologien erforderlich, um die gewünschte Speicher- / Systemdienstleistungen bereitzustellen.
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Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 35
6. Fazit (II)
 Das aktuelle Strommarktdesign (EOM und Regelenergiemarkt) bilden aktuell
diesen physikalischen Flexibilitätsbedarf ökonomisch nicht ausreichend ab. Eine
Reform des Marktdesigns ist erforderlich, um das hohe Maß an
Versorgungssicherheit in Deutschland auch in Zukunft sicherzustellen.
 Die rechtlichen Rahmenbedingungen stellen heute ein zusätzliches Hemmnis für
den Betrieb von Energiespeichern dar; die Systemkomponente „Energiespeicher“
existiert nicht!
 Definition des Begriffes „Energiespeicher“ sowie der Unterkategorien
„Stromspeicher im Stromversorgungssystem“ und „Gasspeicher
im Gasversorgungsystem“ im EnWG sowie in weiteren relevanten
Gesetzen.
 Befreiung von Netzentgelten und Letztverbraucherabgaben!
 F&E-Maßnahmen zur weiteren Entwicklungen der Energiespeichertechnologien
(neue Batteriespeicher, P2G, neue PSW)
BDEW Bundesverband der
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Mathias Timm
Berlin, 02.07.2015
Seite 36
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Mathias Timm
Fachgebietsleiter „Energiespeicher und Wasserkraft“
Geschäftsbereich Erzeugung
BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V., Berlin
Telefon: 030 300199-1316
E-Mail: [email protected]

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