Energiespeicher

Die Betrachtungen zur heutigen Energiegewinnung werden unter dem Aspekt des nahenden Atomstromausstieges gesehen. Es werden Argumente anstehender Knappheit gegen den Ausstieg angeführt und Forderungen nach Neubauten von Kraftwerken gestellt.

Die fossilen Energieträger Öl, Kohle und Gas haben zwei wesentliche Nachteile: sie sind nicht unendlich verfügbar und ihre Verbrennung erzeugt klimaschädliche Emissionen - mit erheblichen Folgeschäden und -kosten.

Da die Energienutzung in der Regel nicht zum selben Zeitpunkt und am selben Ort erfolgt wie die Energieförderung, ist für jeden Energieträger eine Speicherung notwendig, ob es sich um erneuerbare oder nicht erneuerbare Energien handelt: Stauseen, Kohlehalden, Öl- und Gastanks und anderes mehr. In der Regel findet dabei die Energiespeicherung vor der Veredelung und Nutzung des Energieträgers statt.
Die verschiedenen Speichermedien sind ebenso für Erneuerbare Energien geeignet, mit Ausnahme der Solarstrahlung und des Windes, die erst nach ihrer Umwandlung gespeichert werden können. Die Speicherung dieser beiden wichtigsten Quellen Erneuerbarer Energien ist der technologische Schlüssel zu einem neuen Energiezeitalter. Damit kann die Einführungsdynamik Erneuerbarer Energien beschleunigt und ausgeweitet, ihre Produktivität entscheidend verbessert und die Differenz zwischen dem umfassenden natürlichen Potential und dem technisch nutzbaren Potential überwunden werden und so das Ziel einer 100% Versorgung durch Erneuerbare Energien erreicht werden. Auf schon heute realisierte Beispiele solarer Vollversorgung soll daher auf der Konferenz auch besonderes Augenmerk gelegt werden.

Ende des Jahres 2005 standen in Deutschland 17.574 Windräder mit einer Leistung von rund 18.420 Megawatt zur Stromerzeugung bereit. Damit leistete die Windenergie auch im Jahr 2005 den größten Beitrag zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. EON hat hierzu einen Windreport 2004 herausgegeben, den haben wir zum Anlass genommen, uns mit der Möglichkeit einer Speicherung dieser und damit jeder anderen elektrischen Energie zu beschäftigen.

Argumente zu Speicherwerken der Uni Karlsruhe:

Eine Speicherung von elektrischer Energie zum Zweck der Bereitstellung bei hohem Leistungsbedarf über längere Zeit dient primär dazu, die Stromerzeugung insgesamt wirtschaftlicher zu gestalten.

Einer wirtschaftlichen Speicherung von Elektrizität wäre von vornherein jegliche Grundlage entzogen, wenn der Bedarf an elektrischer Energie im Laufe des Tages keine wesentlichen Schwankungen mehr aufweisen würde oder man die Elektrizitätserzeugung ohne technische Beschränkungen, Wirkungsgradverschlechterungen oder verstärkten Verschleiß der Anlagen einem schwankenden Leistungsbedarf der Verbraucher anpassen könnte.
Durch eine Elektrizitätsspeicherung selbst ist keine Einsparung von elektrischer Energie möglich. Bei einer Bilanzierung über das Gesamtsystem zeigt sich jedoch, daß sich bei geeigneten Randbedingungen der gesamte Energieaufwand für eine Einheit Nutzenergie reduzieren lässt.

Elektrizitätsspeichersysteme für diesen Einsatzzweck werden in der Elektrizitätswirtschaft primär im Hinblick auf ihre Möglichkeit, die mittleren Stromerzeugungskosten zu reduzieren, und damit anhand ihres Gesamtwirkungsgrades und der Systemkosten bewertet. Sowohl für Kostenbetrachtungen als auch für die Beurteilung der Chancen und Risiken großer Systeme muß jedoch berücksichtigt werden, daß die Technologie noch relativ jung ist.
Realisierte Anlagen verfügen über Speicherinhalte von maximal einigen Megajoule und Leistungen von bis zu 10 MVA. Für physikalische Experimente wurden zwar schon größere Einzelspulen gefertigt (bis zu einigen hundert Megajoule Energieinhalt), diese sind aber nicht auf einen Einsatz als Energiespeicher ausgelegt. Darum bleiben viele Angaben für größere Systeme mit großen Unsicherheiten behaftet oder spekulativ.

Im Hinblick auf den Einsatz in der Spitzenlastdeckung ist die Wirtschaftlichkeit eines Speichersystems zu vergleichen mit der von Primärerzeugern (Gasturbinen, Verbrennungsmotoren, zukünftig vielleicht auch Brennstoffzellen), von Speichersystemen sowie anderen EVU-Maßnahmen zur Steuerung des Leistungsbedarfs wie Lastmanagement oder Demand-Side-Management-Aktivitäten.

Unter Status-quo-Bedingungen (Dominanz der großtechnischen Stromerzeugung, gegenwärtige Zusammensetzung des Kraftwerksparks mit hohem Anteil fossiler Brennstoffe in der Grund- und Mittellast, nur noch begrenztes Ausbaupotential für Laufwasserkraftwerke, De-facto-Moratorium bei der Kernenergie) ist der Einsatz von Tagesspeichern für die EVU nur dann betriebswirtschaftlich lukrativ, wenn diese zu sehr geringen Jahreskosten (und folglich geringen Investitions- und Betriebskosten) betreibbar wären.

Bei einem ausgedehnten Speichereinsatz würde der Hauptanteil der im Nachttal dem Speicher anzubietenden Elektrizität durch die(hauptsächlich mit Steinkohle gefeuerten) Mittellastkraftwerke bereitzustellen sein.
Die Speicherung von elektrischer Energie zur sofortigen Bereitstellung oder Aufnahme elektrischer Leistung im Bedarfsfall sowie die periodische Leistungsbereitstellung mit einer Periodendauer im Sekundenbereich. Hierzu ist gefordert, sehr schnell hohe elektrische Leistungen abgeben oder aufnehmen zu können. Da die meisten Anwendungen dieses lediglich für kurze Dauer erfordern, werden oft nur geringe Energiemengen benötigt (großes P/E-Verhältnis).

Einer sicheren und qualitativ hochwertigen Stromversorgung wird sowohl seitens der EVU als auch seitens der Verbraucher ein hoher Stellenwert beigemessen, wobei die tatsächlich technisch notwendigen Qualitätserfordernisse der Verbraucher recht unterschiedlich sind. Aus physikalischen wie auch aus infrastrukturellen und wirtschaftlichen Gründen sind zumindest auf den höheren Netzebenen keine unterschiedlichen Qualitätsstandards denkbar. Die Betriebsmittel sind technisch auf ein hohes Qualitäts- und Zuverlässigkeitsniveau ausgelegt, die notwendigen Kosten dafür werden durch die Verbraucher getragen.

Elektrizitätsspeichersysteme für die Spitzenlastdeckung sind derzeit nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich attraktiv. Dies könnte sich ändern, wenn sie zu wesentlich geringeren Kosten realisierbar sind oder sich die wirtschaftlichen, organisatorischen oder gesellschaftlichen Rahmenbedingungen der Elektrizitätswirtschaft ändern.

Einige denkbare Beispiele wären:

  1. In konventionellen Spitzenlastkraftwerken (und auch in den für diesen Einsatzzweck für die Zukunft vorgeschlagenen Brennstoffzellen) werden hauptsächlich hochwertige fossile Brennstoffe (Erdgas, Erdölprodukte) eingesetzt. Sollten diese sich wesentlich verteuern oder ihr Einsatz aus anderen Gründen (z.B. Emissionen) nicht mehr opportun erscheinen, könnten Spitzenlastkraftwerke durch Speichersysteme ersetzt werden.
    Längerfristig würde ein solches Szenario einhergehen mit einem verstärkten Ausbau von Grundlastkraftwerken mit niedrigen spezifischen Stromgestehungskosten. Wenn diese auf Kohlebasis arbeiten, so ist in der Emissionsbilanz zumindest keine Entlastung zu erwarten. Ob in Zukunft wieder Kernkraftwerke errichtet werden, wird kontrovers diskutiert und unterliegt derzeit der gesellschaftlichen Konsensfindung.

  2. Verschiedene derzeit im politischen Raum diskutierte Überlegungen zur wettbewerbsnäheren Gestaltung der Stromversorgung hätten tiefe Eingriffe in die Organisationsstruktur der Elektrizitätswirtschaft zur Folge, sie würden die für das neue System zentrale - in der deutschen Elektrizitätsversorgung nicht bekannte - Figur des Netzbetreibers hervorbringen. Dieser ist für die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit in seinem Gebiet - und damit auch für die Spannungshaltung und den Lastausgleich - sowie für den Netzausbau verantwortlich.
    Für den Netzbetreiber böten sich mehrere Möglichkeiten, den Regelungsaufgaben in seinem Teilnetz zu entsprechen. Neben vertraglichen Regelungen mit den Betreibern der einspeisenden Kraftwerke oder dem Vorhalten der Regelreserve ausschließlich in eigenen Kraftwerken könnte der Netzbetreiber die Regelungsaufgaben mittels eigener Speicher, die er je nach Angebot zu Poolpreisen füllen kann und die für Lastausgleich, Spannungshaltung, Reservebereitstellung etc. zur Verfügung stehen und dementsprechend auszulegen wären, realisieren.

  3. Bei verstärkter Einspeisung intermittierender regenerativer Energiequellen in der Zukunft werden neue Anwendungsfelder für Energiespeicher eröffnet.
    Auch an Tagen mit guter Witterung sind plötzliche Einbrüche der PV-Leistung nicht auszuschließen. Eine solche Situation stellt bei höheren Einspeiseanteilen große Anforderungen an die Regelbarkeit der konventionellen Kraftwerke.
    Hier könnte der Einsatz schneller Elektrizitätsspeicher geboten sein und - abgesehen von den bekannten wirtschaftlichen Problemen - ihre Verfügbarkeit möglicherweise ein verstärktes Eindringen von Regenerativen in den Markt der Stromerzeugung erst ermöglichen.

  4. Nukleare Erzeugungsanlagen erfordern eine stabile Betriebssituation und sind schlecht oder gar nicht geeignet, Lastschwankungen zu folgen. Sollten in ferner Zukunft die Vorstellungen einer nuklearen Energieversorgung - sei es Fission oder Fusion - verwirklicht werden, so würde eine darauf basierende Struktur größere und vergleichsweise schnelle Speicher erforderlich machen.

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