2016, Menn, Claudio, Geissler, Achim, Kim, David Pascal

In vorliegendem Beitrag wird die Untersuchung der Nachnutzung von gebrauchten Batterien aus der Elektromobilität als Second-Life Stromspeicher (engl.: “Battery Energy Storage“ (BES)) in Gebäuden hinsichtlich technischer, ökonomischer und ökologischer Kriterien beschrieben. Basierend auf energiepolitischen Szenarien der Schweiz (Energieperspektiven 2050) werden eine Nettokapitalwert (engl.: „Net Present Value“ (NPV))- Analyse und eine Ökobilanzierung durchgeführt. Die Ergebnisse zu einem typischen Einfamilienhaus mit variierenden PV und Second-Life BES Systemgrössen (1-30 kWp und kWh) zeigen keinen positiven NPV25 (Investitionszeitraum 25 Jahre) gegeben Rahmenbedingen aus dem Jahre 2015 und einer betrachteten Anzahl CL (engl.: „Cycle Life“) von 800-6400. Für ein Second-Life BES mit mindestens 4800 CL resultiert eine optimale nutzbare Speicherkapazität von 2 kWh (≈ 10.7 Wh/m2 Energiebezugsfläche (AE)). Die optimale Systemgrösse der PV-Anlage beträgt dabei 3 kWp (≈ 16 Wp/m2 AE). Demgegenüber zeigt die Gesamtsystem-Betrachtung (PV inkl. Second-Life BES) eines typischen Mehrfamilienhauses ein NPV25 von durchschnittlich 1300-1500 CHF, gegeben eine Anzahl CL von 4800-6400. Die optimalen Systemgrössen betragen hierzu im Durchschnitt der betrachteten Szenarien 14 kWp (≈ 13 Wp/m2 AE) und 5 kWh (≈ 4.7 Wh/m2 AE) Speicher-kapazität. Der Vergleich von Second-Life BES zu herkömmlichen Stromspeichern (engl.: „conventional“ (C)) zeigt beim MFH nahezu bei allen untersuchten Systemgrössen einen Kostenvorteil für Second-Life BES. Die Stromgestehungskosten des Second-Life BES betragen 57 Rp./ kWh bei 4800 resp. 49 Rp./ kWh bei 6400 CL (gemittelt zwischen den untersuchten Szenarien). Der Kostenvorteil gegenüber C-BES beträgt dabei 110 % resp. 80 %. In einer Sensitivitätsanalyse werden die Basiskosten (Gehäuse, Verkabelung, Wechselrichter und Installation) und der Strompreis als Parameter mit grösstem Effekt auf die Profitabilität von BES identifiziert. Basierend auf energiepolitischen Szenarien der Schweiz kann mit einer Substitution von C-BES durch Second-Life BES von 0.34 – 0.60 % im Jahre 2035 und 1.3 – 2.0 % im Jahre 2050 zum jährlichen Reduktionsziel der CO2-Emissionen beigetragen werden. Voraussetzung dafür ist die Nutzung des verfügbaren Materials aus der Elektromobilität. Zudem liegt dieser Rechnung eine Substitutionsrate der Nennkapazität von C-BES Systemen mit Second-Life BES von 14 % zugrunde. Ein Anschlusspunkt für nachfolgende Forschungsarbeiten liegt in der Gestaltung von Ta-rifsystemen, die einen höheren Anreiz zur Stromspeicherung geben. Dabei ist in der Betrach-tung des Umweltnutzens von Second-Life BES die rasante Entwicklung von alternativen Bat-terietechnologien stärker zu berücksichtigen.

2015-09, Menn, Claudio, Geissler, Achim

Battery energy storage (BES) systems for residential buildings can contribute to power grid stability. The demand for decentralized storage capacity in Switzerland is expected to rise due to political decisions that facilitate renewable energies with power fluctuations such as photovoltaics (PV). Using lithium based BES to meet this demand could have a significant environmental impact as a result of energy intensive production-processes. Furthermore, currently available conventional BES (C-BES) systems are not eco-nomically viable. Within this context, a second use of electric vehicle batteries for 2nd-life-BES (2nd-BES) can be an environmentally sound alternative that facilitates grid integration of residential PV-systems. A model describing the economic viability of 2nd-BES based on the Net Present Value (NPV) method is presented. On the basis of one example building each, results are given for single-family-houses (SFH) and multi-family-houses (MFH), focusing particularly on the market situation found in Switzerland. Results show a cost advantage for 2nd-BES in MFH compared to C-BES systems if a Cycle Life (CL) of 800 and more is available. In SFH, a 2nd-BES shows only a slightly better economic performance than a C-BES system if a CL of 4800 and more can be guaranteed. Notwithstanding the relatively low Levelized Cost of Electricity (LCOE), the NPV for both 2nd-BES and C-BES in both SFH and MFH is negative. Reasons for this are high initial system costs and an electricity tariff scheme with low incentives for con-sumers to store electricity. In this paper, only the current tariff structure in Switzerland is considered. However, alternative tariff schemes, e.g. real time pricing for residential consumers, have become reality in some countries. The impact of such tariff schemes on the economic performance of 2nd-BES is left to future research.