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Erneuerbare im Netz – Wachsender Bedarf an Energiespeichern

Alena Müller, Agentur Erneuerbare Energien
Alena Müller, Agentur Erneuerbare Energien

Gastbeitrag von Alena Müller, Agentur für Erneuerbare Energien

Dem Siegeszug der Erneuerbaren Energien wird oft ein Schreckensszenario entgegengestellt: Wenn der Wind nachlässt und die Sonne nicht scheint, erlischt das Licht, der Elektroherd bleibt kalt, Menschen stecken im Fahrstuhl fest und im Krankenhaus springt das Notstromaggregat an. Eine Horrorvorstellung. Damit die Versorgungssicherheit gewährleistet bleibt, arbeiten Wissenschaftler und Praktiker daran, die schwankende Erzeugung auf Basis von Sonne und Wind mithilfe von Energiespeichern und Lastmanagement auszugleichen.

Speicher im Zusammenspiel mit Netzausbau und Lastmanagement

Kein Stromversorgungssystem –  ob 100% erneuerbar oder auf Basis fossiler Energieträger – kommt ohne Speicher aus. Da das Ein- und Ausspeichern von Strom immer mit Wirkungsgradverlusten verbunden und kostspielig ist, sollte Strom möglichst dann verbraucht werden, wenn er erzeugt wird. Die Stromerzeugung auf Basis schwankender Quellen wie Sonnen- und Windenergie macht allerdings das Speichern von Strom notwendig. Die erste Priorität bei der Umstrukturierung des Versorgungssystems auf Erneuerbare Energien liegt derzeit auf dem Netzausbau, um zum Beispiel den im Norden erzeugten Windstrom in die großen Verbrauchsregionen im Süden zu transportieren. Weiterhin geht es darum, das Potenzial des Lastmanagements von flexiblen Verbrauchern weiter auszubauen. Denn: Je flexibler Stromverbraucher auf die schwankende Erzeugung reagieren können, umso weniger Energie muss gespeichert werden. Der Verband der Elektrotechnik (VDE) geht davon aus, dass die Hälfte des Potenzials zur Lastverschiebung in der Industrie liegt, vor allem bei energieintensiven Unternehmen wie der Aluminium-, Papier- oder Chlorindustrie. Die andere Hälfte entfällt auf Privathaushalt, Gewerbe und Handel sowie Dienstleistungen. Ein Schwerpunkt liegt hier auf Anlagen wie Blockheizkraftwerken (BHKW) und Wärmepumpen, die Schnittstellen zwischen dem Strom- und Wärmemarkt sind und in der Lage sind, die fluktuierende Einspeisung von Wind- und Sonnenenergieanlagen ausgleichen Wärmepumpen können als Stromverbraucher flexibel in lastschwachen Zeiten eingesetzt werden, um Wärmespeicher zu füllen. BHKW können genau dann Strom und Wärme gleichzeitig produzieren, wenn Wind- und Sonnenenergie nicht zur Verfügung stehen. Die von ihnen erzeugte Wärme geben sie an Wärmesenken wie Wärmenetze oderPufferspeicher ab. Das Potenzial beider Anlagentypen kann besonders effizient innerhalb eines virtuellen Kraftwerkes genutzt werden. Die Erschließung neuer Speicherkapazitäten steht daher unter Wirtschaftlichkeitsaspekten am Schluss der Maßnahmenliste, ist aber erforderlich für eine vollständig regenerative Stromversorgung.

Verschiedene Systeme je nach Anwendungsgebiet

Die Anforderungen an Stromspeicher sind je nach Einsatzbereich sehr unterschiedlich: Stromspeicher müssen Schwankungen im Stromangebot vom Millisekundenbereich bis hin zu einigen Stunden abfedern können. Zur Sicherung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung brauchen sie vor allem eine sehr kurze Reaktionszeit von teilweise nur zehn Millisekunden. Für die Abfederung von Angebotsschwankungen im Stundenbereich dagegen ist die Größe, d.h. die Speicherkapazität, zentral. Mit mehr Erneuerbaren im Netz steigt der Bedarf, bei hoher Stromerzeugung aus Wind und Sonne überschüssigen Strom aufzunehmen und ihn zeitversetzt bei Erzeugungsdefiziten wieder einzuspeisen.

Die einzigen relevanten Großspeicher in Deutschland sind derzeit Pumpspeicherkraftwerke mit einer Leistung von insgesamt rund sieben Gigawatt und einer Speicherkapazität von 40 Millionen Kilowattstunden. Dazu kommt ein Druckluftspeicherkraftwerk mit 321 Megawatt Leistung und einer Kapazität von 642.000 Kilowattstunden. Der Vergleich mit dem durchschnittlichen Stromverbrauch pro Tag in Deutschland in Höhe von etwa 1,5 Milliarden Kilowattstunden zeigt, dass die hiesigen Speicherkapazitäten im Vergleich dazu sehr gering sind. In naher Zukunft bietet es sich an, zunächst weitere dezentrale Kurzzeitspeicher wie z.B. Batterien auszubauen, um Überschüsse an Wind- und Sonnenstrom aufzunehmen und Systemdienstleistungen bereitzustellen. Das Ausbaupotenzial von Pumpspeicherkraftwerken ist  dagegen begrenzt und neue, effiziente Druckluftspeicher befinden sich derzeit noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. Aufgrund sinkender Kosten haben Batteriespeicher in den nächsten Jahren ein großes Potenzial, den Kurzzeitspeicherbedarf zunehmend abzudecken. Sie lohnen sich vor allem dann, wenn sie einen Doppelnutzen erfüllen, wie bei der Elektromobilität. Langfristig müssen jedoch für eine zuverlässige Stromversorgung in einem vollständig regenerativen Energiesystem auch Langzeitspeicher mit großem Speichervolumen erschlossen werden. Nur so sind auch Windflauten von zwei bis drei Wochen zu überbrücken. Hierfür gibt es bisher noch keine technisch ausgereiften und wirtschaftlichen Systeme. Denkbar ist langfristig die Speicherung von erneuerbar erzeugtem Methangas. Forscher und erste Unternehmen arbeiten bereits daran, mittels Elektrolyse aus Strom und Wasser Wasserstoff herzustellen. Damit sind zwar relativ hohe Wirkungsgradverluste verbunden, es ist jedoch allemal sinnvoller, überschüssigen Sonnen- und Windstrom auf diese Weise zu nutzen statt in großem Umfang Anlagen abzuregeln. Der so erzeugte Wasserstoff kann bis zu einem bestimmten Anteil direkt ins Gasnetz eingespeist oder in einem weiteren Schritt zu synthetischem Methangas umgewandelt werden. Das Vielversprechende an dieser Technologie ist, dass mit dem Erdgasnetz und den dazugehörigen Gaskraftwerken und Blockheizkraftwerken eine vorhandene Infrastruktur genutzt werden kann. Zudem kann auf diesem Wege Sonnen- und Windstrom auch für den Wärme- und Kraftstoffmarkt (Fahrzeuge mit Gasmotor) verfügbar gemacht werden.

Faktoren des Speicherausbaus

Wie hoch der künftige Bedarf an Speicherleistung sein wird, hängt davon ab, wie schnell und in welchem Verhältnis der Ausbau der Windenergie- und Photovoltaikleistung voranschreitet. Weitere wesentliche Einflussfaktoren sind der Erfolg von Lastmanagementmaßnahmen und der Grad der Vernetzung und der Austausch des deutschen Stromnetzes mit dem Ausland. Auch die Flexibilität des übrigen Kraftwerksparks spielt eine wichtige Rolle.


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1 Kommentar

  • Sigwart Zeidler sagt:

    In jedem Fall wird der Ausbau regenerativer Energieerzeugungssysteme ganz wesentlich vom Speicherausbau und damit von der Speichertechnik und den damit verbundenen Kosten abhängen. Hier sind zwei Beispiele für wirklich innovative Techniken, die nur noch auf ihre Nutzung warten:
    Dr. Walter Kothes hat eine Technik zur Wasserspaltung patentieren lassen, die die Kosten gegenüber der bisherigen elektrolytischen Methode drastisch senken kann (http://url9.de/q85).
    Mirko Hannemann hat einen neuartigen Lithium-Metall-Polymer-Akku entwickelt, der eine wesentlich höhere Speicherkapazität besitzt als bisherige Lithium-Ionen-Akkus und wesentlich billiger herstellbar ist. (http://url9.de/q87 und http://url9.de/q88) Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß sich Industire, Wirtschaft und Politik nicht scheuen, auch Entwicklungen von Außenseitern ernst zu nehmen.


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