Über das Netz hinaus: Wie Speichertechnologien die Energiewende prägen

Bedarf an Flexibilität über verschiedene Zeiträume und mögliche Lösungen

Aktuelle Situation und Herausforderungen

Es wird erwartet, dass wetterabhängige erneuerbare Energien in großem Umfang eingesetzt werden, um die ehrgeizigen Dekarbonisierungsziele der verschiedenen Länder zu erreichen, aber auch als Teil der Nachhaltigkeitsagenda der meisten Industrien und Technologieunternehmen. Mit der zunehmenden Elektrifizierung wird auch die Stromnachfrage steigen.

Die Energiewende bringt neue Herausforderungen mit sich:

• Die wetterabhängige Erzeugung ist nicht planbar und folgt daher nicht den zugrunde liegenden Nachfragemustern. Es gibt Zeiten, in denen es ein Überangebot gibt, und Zeiten, in denen die erneuerbare Erzeugung nicht ausreicht, um die Nachfrage zu decken
• Es werden innovative Lösungen benötigt, um die Systemstabilität mit einem höheren Anteil an erneuerbaren Energien und wenig konventioneller Wärmeerzeugung zu gewährleisten.
• Das Engagement der Verbraucher und eine weit verbreitete Nachfragereduzierung (Demand Side Response, DSR) können uns einen Schritt näher an ein ausschließlich aus erneuerbaren Energien gespeistes Stromsystem bringen. Dies wird jedoch einige Zeit in Anspruch nehmen, und das Maß, in dem sich die Nachfrage über verschiedene Zeiträume hinweg verlagern lässt, könnte begrenzt sein. Dies wirft die Frage auf, wie die Energiewende bewältigt werden kann und was getan werden kann, um eine unflexible Nachfrage zu decken.

Die Speicherung hat sich als die Technologie der Wahl herauskristallisiert. Sie ist die etablierteste Lösung für das Management schwankender Energiequellen und trägt gleichzeitig zur Systemstabilität bei. In vielen Ländern wurden bereits mehrere Speicherprojekte eingeführt, und in Zukunft wird die Speicherkapazität die Wärmekapazität übertreffen. Es wird erwartet, dass allein die Batteriespeicherung bis 2050 europaweit 170 GW erreichen wird, wobei die Investitionskosten auf 125 Mrd. EUR (in heutigem Geld) geschätzt werden.

Typisches stündliches Erzeugungs- und Nachfragemuster für einen zweiwöchigen Zeitraum (GWh)

Die Betreiber von Erneuerbare-Energien-Anlagen erhoffen sich von der Speicherung, dass sie bei einem Überangebot an erneuerbaren Energien zusätzliche Nachfrage schafft und die Wirtschaftlichkeit der Projekte unterstützt. Energieversorger und industrielle Verbraucher sehen in der Speicherung eine Möglichkeit, „feste“ grüne Produkte zu erzeugen. Sicher ist nur, dass Speicher in den Stromsystemen der Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen werden.

Ein Blick in die Zukunft

Es gibt eine breite Palette von Speicherlösungen. Einige davon existieren schon seit langem, andere wurden erst vor kurzem auf den Markt gebracht und neue Lösungen sind im Kommen. In künftigen Stromsystemen wird ein Mix aus Speichertechnologien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Laufzeiten (kurz- und langfristig) benötigt, um verschiedene Anwendungen zu unterstützen:

• Bewältigung von Netzengpässen durch Absorption von Strom, den das Netz an bestimmten Orten und zu bestimmten Zeiten nicht aufnehmen kann, wodurch die Notwendigkeit eines Netzausbaus minimiert wird
• Sehr schnelle Reaktion zur Steuerung der Systemfrequenz, typischerweise durch elektrochemische Batteriespeicher mit kurzer Laufzeit
• Lastverschiebung innerhalb eines Tages, wobei überschüssige erneuerbare Energien gespeichert werden, um sie in Zeiten hoher Nachfrage und/oder geringer erneuerbarer Energieerzeugung zu nutzen und die Wärmeerzeugung zu ersetzen
• Lastverschiebung zur Bewältigung längerer Perioden mit hoher Nachfrage und geringer Leistung erneuerbarer Energien
• Saisonale Lastverschiebung zur Speicherung von Stromüberschüssen, die in Zeiten hoher Produktion (z. B. im Sommer) erzeugt werden, um sie in Zeiten niedriger Produktion (z. B. im Winter) zu nutzen und so eine zuverlässige Versorgung während des ganzen Jahres zu gewährleisten

Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit die am weitesten verbreitete Speichertechnologie und werden für Kurzzeitspeicheranwendungen eingesetzt. Künftig wird ein ausgewogenerer Mix erforderlich sein, bei dem auch andere Batterietypen (z. B. Durchflussbatterien und Eisen-Luft-Batterien) und Power-to-X-Speichertechnologien wie Druckluftspeicher (CAES), Flüssigluftspeicher (LAES) und thermische Energiespeicher in Form von Salzschmelzen, heißem Wasser, Steinen und Sand oder Wärmepumpen eine Rolle spielen. Es sei darauf hingewiesen, dass einige dieser Technologien auch für die Langzeitspeicherung eingesetzt werden können, ebenso wie Wasserstoff, der durch Elektrolyse in Kombination mit erneuerbarem Strom (z. B. aus Wind- oder Sonnenenergie) erzeugt wird. Schließlich stellt die Pumpspeicherkraft eine Schlüsseltechnologie für die saisonale Speicherung dar, auch wenn das Ausbaupotenzial in einigen Regionen begrenzt ist.

Insgesamt gibt es eine eindeutige Rolle für die Speicherung von Strom in zukünftigen Stromsystemen. Eine wirksamere Beteiligung der Nachfrageseite und eine Netzüberwachung in Echtzeit (sogenannte intelligente Netze) können die Rolle der netzweiten Speicherung erheblich einschränken.