Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017
(laufendes Projekt; voraussichtliches Projektende: März 2015)
1. Motivation und Zielsetzung
Die Strompreise für private Haushalte und kleinere Gewerbebetriebe sind in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Neben höheren Erzeugungskosten sind besonders die Endverbraucherpreise von Kleinabnehmern zunehmend durch Abgaben belastet worden, wie etwa durch Stromsteuer, EEG-Umlage, KWK-Aufschlag, Netznutzungsentgelte und Konzessionsabgabe.
Ein Ende dieser Preisentwicklung ist derzeit nicht absehbar, da höhere Brennstoff- und Zertifikatekosten, Kernenergieausstieg und Ausbau erneuerbarer Energien, der notwendige Netzausbaubedarf sowie die zusätzliche Bereitstellung von Regel- und Reserveleistung tendenziell zu weiter steigenden Strompreisen führen werden. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, ab welchem Preisniveau es für den Einzelnen nicht günstiger wäre, den Strom dezentral selbst zu erzeugen und auf den Netzbezug weitgehend zu verzichten. In Abbildung 1 ist beispielhaft dargestellt, wie ein so gestaltetes System dezentraler Versorgung aufgebaut sein könnte.
Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Systems der teilweise dezentralen Stromversorgung
Sollte tatsächlich eine signifikante Zahl von Endverbrauchern ihren Strombedarf zumindest teilweise dezentral erzeugen, hätte dies wiederum Rückwirkungen auf das Gesamtsystem. Zu bestimmten Zeiten würde die Stromnachfrage sinken, was jedoch negative Effekte auf die Auslastung von Kraftwerken sowie die Finanzierung von Netzen und Reservekraftwerken mit sich bringen könnte. Eine zusätzliche Klimabelastung wäre der Einsatz von fossilen Brennstoffen, etwa in Generatoren.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, dezentrale Stromversorgungskonzepte systemtechnisch und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu untersuchen. In einem weiteren Schritt sollen die Auswirkungen auf den Strompreis, die Energieversorgungssicherheit und die Klimaschutzziele analysiert werden.
2. Methodik
Das Projekt wird in zwei Hauptteile untergliedert (vgl. Abbildung 2). Im ersten Teil soll eine Systemanalyse auf Anwenderebene durch Simulationen untersuchen, welche Technologien, Dimensionierungen und Fahrweisen für die verschiedenen Stromversorgungssysteme ausgewählt werden müssen, um die optimale Wirtschaftlichkeit und Klimaverträglichkeit zu erreichen. Datenbasis der Untersuchungen bilden ausgewählte Beispiellastgänge von Endverbrauchern, Klimadaten und validierte Kenndaten erprobter Technologien.
Abbildung 2: Überblick über die Methodik des Projekts
Im zweiten Teil werden die Rückwirkungen einer zunehmend dezentralen Stromversorgung auf die Niederspannungsnetze, Strompreise und Klimaschutzziele analysiert. Dafür wird ein Strompreismodell entwickelt, das die Effekte auf die Stromgestehungskosten der allgemeinen Versorgung, die EEG-Umlage sowie die Netznutzungsentgelte detailliert betrachtet.
3. Teil I: Systemanalyse
In diesem Projektteil werden ausgewählte Verbraucherlastgänge den installierten Technologien zur dezentralen Erzeugung gegenübergestellt und die daraus resultierenden Möglichkeiten der Eigenversorgung analysiert. Dabei wird die optimale Dimensionierung und Betriebsweise der Anlagen in Abhängigkeit unterschiedlicher Vorgaben untersucht.
In Abbildung 3 wird die Systemanalyse am Beispiel eines Einfamilienhauses mit PV-Anlage (4,5 kWp) und einem Li-Ionen-Speichersystem (Kapazität 5,4 kWh) zur Steigerung des Eigenverbrauchs- und Eigendeckungsanteils dargestellt. Der Lastgang wurde durch ein Smart Meter System gemessen. In der betrachteten Märzwoche des Jahres 2010 ergeben sich ohne das Batteriesystem ein Eigenverbrauchsanteil von 24 % und ein Eigendeckungsanteil von 42 %.
Abbildung 3: Lastgang des betrachteten Einfamilienhauses in Woche 13 des Jahres 2010
Durch das Batteriesystem werden der Eigenverbrauchsanteil nahezu verdoppelt und der Eigendeckungsanteil deutlich gesteigert – im Vergleich zu einer PV-Anlage ohne Speichersystem. Die Batterie wird dabei so gefahren, dass ein PV Überschuss zunächst bis zum Erreichen des maximalen Ladezustands in der Batterie gespeichert und anschließend in das Netz eingespeist wird. In den darauffolgenden Stunden ohne Sonneneinstrahlung kann dann ein Teil der Last durch Entladung der Batterie gedeckt werden. Der verbleibende Strombedarf wird vom Netz bezogen.
Im weiteren Projektverlauf werden andere Kombinationen aus regenerativer Eigenerzeugung, Energiespeicher, Generator und Mikro-KWK-Anlage hinsichtlich ihrer Möglichkeiten zur Lastgangdeckung untersucht.
4. Teil II: Auswirkungen
Im zweiten Teilprojekt werden die gesamtwirtschaftlichen Auswirkungen dezentraler Stromversorgungskonzepte thematisiert.
Strompreismodell
Im Fokus steht die Entwicklung eines Strompreismodells, um die Auswirkungen eines steigenden Anteils dezentraler Stromversorgung auf den allgemeinen Netzbezugspreis privater Haushalte und Kleinverbraucher abzubilden. Abbildung 4 zeigt die Aufteilung des durchschnittlichen Arbeitspreises für Privathaushalte auf die einzelnen Kostenbestandteile. Mit dem Modell kann beispielsweise der Anstieg der Netznutzungsentgelte bei zunehmender Eigenerzeugung dargestellt werden, aber auch die Finanzierbarkeit der EEG-Vergütungen.
Abbildung 4: Strompreis für Haushalte in Deutschland, 2011
Primärenergieverbrauch und Klimaschutzziele
Im weiteren Projektverlauf sollen die Auswirkungen einer steigenden dezentralen Stromversorgung auf den Primärenergieverbrauch und die Klimaschutzziele der Bundesregierung bestimmt werden.
Förderung und Projektpartner
Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 03ET10420 gefördert und von der EnBW Energie Baden-Württemberg AG als Projektpartner unterstützt.
Veröffentlichungen und Vorträge
- Photovoltaik und Wärmepumpe – kombinierte Strom- und Wärmeversorgung eines Einfamilienhauses
Veröffentlichung in der et, Ausgabe 03/2014 - Projektverbundtreffen EnEff:Wärme
Vortrag beim 2. Verbundtreffen an der FfE München, Oktober 2013 - Finanzielle Auswirkungen des PV-Eigenverbrauchs auf die Stromverbraucher
Fachartikel und Pressemeldung vom 10. Oktober 2013 - Stromversorgung im Einfamilienhaus: Ist Autarkie wirtschaftlich?
Veröffentlichung in der et, Ausgabe 12/2012 - Entwicklung der EEG-Umlage
Fachartikel auf der FfE-Internetseite, Oktober 2012 - Dezentrale Stromversorgung von Haushalten mit Photovoltaik, Batterie und Netzanschluss
Vortrag beim Bund Naturschutz in Bayern e.V., Oktober 2012 - Projektverbundtreffen EnEff:Wärme
Vortrag beim 1. Verbundtreffen an der TU Dresden, September 2012 - Dezentrale Stromversorgung eines Einfamilienhauses
Veröffentlichung in der bwk, Ausgabe 06/2012