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Techno-Ökonomische Pareto-Optimierungvon Energiezellen
Andreas FleischhackerGeorg Lettner
Daniel Schwabeneder
15. Symposium Energieinnovation/Session C616.02.2018
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§ Definition Herausforderungen für Energiezellen
§ Modellansatz
§ Use Cases
§ Ergebnisse
§ Schlussfolgerung
Agenda
17/02/2018 2
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Definition Energiezelle
05/10/2017 3ComForEn 2017
Zählpunkt zum Netzbetreiber
Photovoltaik
Zählpunkt innerhalb einer Energiezelle
(Biogas)µKWK Anlage
Energiezelle (Fremd-Versorger abhängig)
SpeicherWärme
Photovoltaik
(Biogas)µKWK Anlage
Energiezelle (Fremd-Versorger unabhängig)
SpeicherWärme
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Warum Energiezellen?
05/10/2017 4
Vorteile§ Gleichstellung von Einfamilien- und
Mehrfamilienhausbewohnern§ Verbraucher kann seinen Nutzen
ausdrücken (kauft/mietet Leistung)
Nachteile§ Administration (Verwaltung,
Verrechnung, …)§ Verantwortlicher/Investor§ Aufteilung
ComForEn 2017
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Einfamiliehäuser (EFH) Energiezelle
§ Investitionskosten trägt der Besitzer
§ Üblicherweise: Investor = einziger Verbraucher
§ Einspeisetarif oder Abnahmepreis(extern)
→ Derzeit Fokus auf Eigenverbrauchsmaximierung
§ Wer trägt die Investitionskosten? § Eine oder mehrere Personen?§ Besitzer, (Mieter), externer Investor,
Stromlieferant§ Nach welchem Schlüssel wird die
Energie aufgeteilt?
§ Einspeisetarif oder Abnahmepreis(extern und intern)
→ Derzeit Fokus auf Eigenverbrauchsmaximierung
Unterschiede bei EFH und Energiezelle
05/10/2017 5
Investition
Energie
Einn
ahmen
ComForEn 2017
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Mieter(=Verbraucher)
Besitzer Externer Investor Stromlieferant
(i) Verteilungsschlüssel?Umgang mit Vertragsaustieg?
(vermietet Dach-, Park-, Lagerfläche)
- Verliert Umsatz durchden Eigenverbrauch.
(ii) Teilnahme: ja / nein Allgemeingut oderVerteilungsschlüssel? (Langfristige) Wirtschaftlichkeit?
- Verliert Umsatz durchden Eigenverbrauch.
(iii) Teilnahme: ja / nein (vermietet Dach-, Park-, Lagerfläche)
Bepreisung von lokalerErzeugung? (Langfristige) Wirtschaftlichkeit?
Verliert Umsatz durchden Eigenverbrauch.
(iv) Teilnahme: ja / nein (vermietet Dach-, Park-, Lagerfläche)
- Verliert Umsatz durchden Eigenverbrauch. Neue Einnahmen.
Wer trägt die Investition?Viele Möglichkeiten, viele Unsicherheiten …
05/10/2017 6
Annahme: Ein Hausbesitzer, welcher die Wohnungen an N Mieter vermietet. Ein Stromlieferant.
Tätigt die Investition.
ComForEn 2017
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Grafische Darstellung des Modells
17.02.18 7
Pareto-Optimierung: Kostenminimale Zielfunktion unter Berücksichtigung der elektrischen Netzlast
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§ Zinshaus mit vier Wohneinheiten§ Status Quo mit Netzversorgung:
§ Endkundenstrompreis: 15 ct/kWh§ Endkundenwärmepreis: 7,2 ct/kWh§ Endkundengaspreis: 6,1 ct/kWh
§ Die Wohneinheiten sind leistungsgemessen (Großschönau/AT)
§ Investitions- und Betriebskosten von Erzeugungs- und Speicheranlangen nach:
ASUE (2015), Kotzur (2017), Lindberg et al. (2016), Loschan (2017), Teichmann (2012), Tesla (2016), Truong (2016),
Betrachtetes Demonstrationsgebäude
17.02.18 8
Wohnungen
Flat 1 Flat 2
Flat 3 Flat 4
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Vier mögliche Technologiekombinationen werden betrachtet
17.02.18 9
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Pareto Front der jährlichen Kosten zur elektr. Netzlast
17/02/2018 10
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Installierte Leistungen der Prozesstechnologien in Abhängigkeit der Pareto-Optimierung
17/02/2018 11
max. Dachfläche
Min. Kosten
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Installierte Leistungen und Kapazitäten der Speichertechnologien in Abhängigkeit der Pareto-Optimierung
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Min. Kosten
Nenn
leist
ung
in k
WNe
nnle
istun
g in
kW
h
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Entwicklung der Netzanschlussleistung und -bezugs
17/02/2018 13
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§ Durch den Einsatz von PV-Anlagen mit und ohne Kombination von Batteriespeichern
können beinahe „kostenneutral“ die jährliche elektrische Lastspitze reduziert werden.
§ Dezentrale Sektorenkopplung durch den Einsatz vom Wärmespeichern,
Wärmepumpen und Heizstäben können sowohl Kosten, als auch die elektrische
Lastspitze erheblich reduzieren.
§ Eine komplette Stromautarkie kann nur mit eine KWK-System inkl. Speicher unter
überschaubaren Kosten erreicht werden – ein Gasnetz wird jedoch benötigt.
§ Eine Reduktion der elektrischen Spitzenlast durch eine PV-Wasserstoff-Systemlösung
kann in dem ausgewählten Fall nur unter den höchsten Kosten erfolgen.
§ Die Reduktion der Stromlast im Strom+Wärme Fall kann v.a. durch den Einsatz von
Heizstäben erreicht werden. D.h. hier muss eine Entscheidung „Netz vs. Effizienz“
erfolgen.
§ Durch dezentrale PV-Erzeugung und Elektrifizierung des Wärmebereichs entsteht
eine Konkurrenzsituation für bestehende Fern-/Nahwärmenetze.
Schlussfolgerungen
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Sondierungsprojekt: UrbanEnergyCellsProjektpartner: Wien Energie, Sonnenplatz Großschönau
Stadt der Zukunft ist ein Forschungs- und Technologieprogramm des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie. Es wird im Auftrag des BMVIT von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gemeinsam mit der Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mbH und der Österreichischen Gesellschaft für Umwelt und Technik ÖGUT abgewickelt.
Danksagung
17/02/2018 15
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GEORG LETTNER
Technische Universität WienInstitut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe
Energy Economics Group – EEG
Gußhausstraße 25-29 / E370-31040 Wien, Österreich
[T] +43 1 58801 370 376[E] [email protected]
[W] www.eeg.tuwien.ac.at
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Appendix
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Investitionskosten für Prozesse und Speicher
Process
inv-cost
(€)
inv-cost-p
(€/kW)
fix-cost(%/a von
inv)WACC
depre-ciation
(a) source
Photovoltaics 3,372 1,029 0.01 0.02 25 EEffG 2016, Loschan 2017
Electrolyser 5,235 4,278 0.02 0.02 20 Kotzur 2017, Teichmann 2012
Fuel cell 4,635 3,753 0.02 0.02 20 Kotzur 2017, Teichmann 2012
Electric top-up coil 0 60 0.01 0.02 30 Lindberg 2016
Gas boiler 1,200 272 0.02 0.02 20EEffG 2016, Loschan 2017, Lindberg 2016
Heat pump 3,000 1,150 0.01 0.02 18 EEffG 2016, Lindberg 2016
Mikro CHP 1,200 11,300 0.03 0.02 20 ASUE 2015, Lindberg 2016
Storage Commodityinv-cost-p
(€/kW)inv-cost-c
(€/kWh)fix-cost-p(€/kW/a)
fix-cost-c(€/kWh/a) depreciation wacc source
Battery Elec 10 1200 0.5 0.5 15 0.02Truong 2016, Tesla
2016, Hiesl 2017Hot Water Storage Heat 1 90 0.5 0.5 15 0.02 Lindberg et al 2016H2 Storage H2 1 25 0 0 25 0.02 Kotzur 2017
Process
Storage
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Bepreisung von Energie in einer Energiezelle
§ Opportunität Verkäufer: Großhandelspreis§ Opportunität Käufer: Vertriebspreis
mit dieser Bedingung ist ein → monetärer Vorteil für Verkäufer und Käufer gegeben
§ in diesem Modell werden die Investitionskosten von !" und #" von dem Nutzer $getragen
17.02.18 19
≤≤
A Energiepreis für geteilte Energie
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Bepreisung von Energie in einer Energiezelle
§ (jährlich anteiligen Investitionskosten (Annuität) + jährliche Betriebskosten) ∗ "# mit
17.02.18 20
B Jährliche Teilung der Investitions- und Betriebskosten
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Detailliertes Modell
17/02/2018 21