EW-R-3: M?glichkeiten der Stromspeicherung

Das Bild zeigt den Blick entlang einer gro?en R?hre und einer steilen Gleisanlage hinunter zu eine Geb?ude und einer nur in einem kleinen Ausschnitt erkennbaren Wasserfl?che.zum Vergr??ern anklicken
Pumpspeicherkraftwerke wie in Edersee k?nnen zur Steuerung des Stromversorgungssystems beitragen.
Quelle: parallel_dream / stock.adobe.com

Monitoringbericht 2019 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel

Inhaltsverzeichnis

 

EW-R-3: M?glichkeiten der Stromspeicherung

Pumpspeicherkraftwerke sind derzeit die wichtigste Technologie, um in Deutschland Energie in gro?technischem Ma?stab zu speichern. Für die Erzeugung von Strom ist in diesen Kraftwerken eine installierte Turbinenleistung von ca. 9 Gigawatt verfügbar; um die Speicher zu befüllen, sind Pumpen mit einer Gesamtleistung von ca. 8 Gigawatt installiert.

Ein Blockdiagramm stellt mit jeweils zwei S?ulen für die Jahre 2011 bis 2017 die Netto-Nennleistung für den installierten und den im Bau befindlichen Turbinenbetrieb sowie die Brutto-Nennleistung für den installierten Pumpbetrieb in Gigawatt dar. Sowohl beim installierten Turbinenbetrieb als auch bei der im Bau befindlichen Turbinenleistung gibt es einen signifikant steigenden Trend. Für den installierten Pumpbetrieb ist kein Trend erkennbar.
EW-R-3: M?glichkeiten der Stromspeicherung

Ein Blockdiagramm stellt mit jeweils zwei S?ulen für die Jahre 2011 bis 2017 die Netto-Nennleistung für den installierten und den im Bau befindlichen Turbinenbetrieb sowie die Brutto-Nennleistung für den installierten Pumpbetrieb in Gigawatt dar. Sowohl beim installierten Turbinenbetrieb als auch bei der im Bau befindlichen Turbinenleistung gibt es einen signifikant steigenden Trend. Für den installierten Pumpbetrieb ist kein Trend erkennbar.

Quelle: Bundesnetzagentur (Monitoring gem?? § 35 EnWG
 

Flexibilisierung des Stromsystems

W?hrend die konventionelle Stromerzeugung der Nachfrage folgte, muss das Stromsystem nun zunehmend die wetterabh?ngige Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen integrieren. Die erforderliche Flexibilisierung des Gesamtsystems wird über den Ausbau und die bessere Auslastung der Stromnetze sowie den Wettbewerb von flexiblen Erzeugern, Verbrauchern und Speichern am Strommarkt erreicht. Für einen gro?r?umigen Ausgleich von Erzeugung und Nachfrage wird der Ausbau der Stromnetze vorangetrieben. Dadurch und durch die verst?rkte Anbindung an die Netze der europ?ischen Nachbarn k?nnen die kostengünstigsten Erzeugungsorte erschlossen werden. Damit wird auch die Klimaanpassung des Stromversorgungssystems unterstützt, z. B. wenn es zukünftig zu st?rkeren zeitlichen und regionalen Ungleichgewichten von Stromangebot und -nachfrage kommt. Treten Engp?sse im Netzbetrieb auf, müssen die Netzbetreiber das jeweils effizienteste Mittel zur Behebung ergreifen und k?nnen dazu z. B. auf Erzeuger und Speicher (im Rahmen des Redispatch) und flexible Lasten (im Rahmen der Verordnung zu abschaltbaren Lasten) zugreifen.

Zur Deckung der Stromnachfrage treten flexible Erzeuger, Lasten und Speicher am Strommarkt in den Wettbewerb. Indem technologieoffen m?glichst viele Anbieter am Strommarkt um die Deckung einer bestimmten Nachfrage oder ggf. die Verwertung von überschüssen konkurrieren, verteilt sich auch das Risiko einzelner Ausf?lle, und es kommt der jeweils kostengünstigste Anbieter zum Zug.

Speichertechnologien k?nnen durch den Strombezug, d. h. den zur Befüllung von Speichern notwendigen Stromverbrauch und die sp?tere Wiedereinspeisung in das Stromsystem dazu beitragen, eine zunehmende Fluktuation der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien abzufedern. Neben Batteriespeichern k?nnen z. B. Power-to-Gas-Anlagen (⁠PtG⁠) zur Flexibilit?t des Stromsystems beitragen. Der dort erzeugte Wasserstoff kann zu einem geringen Anteil, Methan zu einem hohen Anteil in das bereits vorhandene Erdgasnetz eingespeist und dort gespeichert werden. Die eingespeisten Gase k?nnen bei Bedarf auch rückverstromt werden. Im Vergleich zur Stromdirektnutzung ist PtG jedoch aufgrund der Wirkungsgradverluste teurer und erfordert einen erh?hten Zubau von erneuerbaren Energien, der aber durch fehlende Fl?chen bzw. fehlende Akzeptanz in der Bev?lkerung beschr?nkt wird.

Die Speichertechnologie mit der in Deutschland derzeit gr??ten Leistung und Kapazit?t sind Pumpspeicherkraftwerke. Bei der Einspeicherung bef?rdern Pumpen Wasser unter Einsatz elektrischer Energie von einem Unter- in ein Oberbecken. Zu einem sp?teren Zeitpunkt wird die Lageenergie des Wassers genutzt, um beim Ablassen des Wassers aus dem Ober- ins Unterbecken eine Turbine anzutreiben und in einem Generator Strom zu erzeugen. In Pumpspeicherkraftwerken in Deutschland steht eine installierte Turbinenleistung von 6,2 Gigawatt (GW) zur Verfügung, au?erdem sind Kraftwerke in Luxemburg (1,1 GW) und ?sterreich (1,8 GW) an das deutsche Stromnetz angeschlossen. Die installierte Turbinenleistung kann theoretisch abgerufen werden, solange der Turbinenbetrieb in allen Kraftwerken durch Wasser aus den Oberbecken gespeist werden kann, d. h. für etwa drei bis vier Stunden. Danach ersch?pfen sich die Kapazit?ten der Speicher sukzessive, die Turbinenleistung steht nach und nach nicht mehr für die Stromerzeugung zur Verfügung.

Ein weiterer Ausbau von Pumpspeicherkraftwerken st??t in Deutschland aus verschiedenen Gründen an eng gesetzte Grenzen. In der ?ffentlichkeit treffen solche Vorhaben oft auf massive Widerst?nde von Anwohnern und Erholungssuchenden, nicht zuletzt wegen der in aller Regel auftretenden erheblichen Eingriffe in Natur und Landschaft. Zudem liegen potenzielle Standorte von Pumpspeicherkraftwerken zumeist nicht dort, wo überschüsse von erneuerbaren Energien erzeugt werden. Aber auch die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen haben sich ver?ndert: Hohe Einspeisungen von Strom aus Photovoltaikanlagen in der Mittagszeit führen dazu, dass früher typische Mittagsspitzen des Strompreises an der Stromb?rse abflachen und damit die Ertr?ge von Pumpspeicherkraftwerken sinken.

Vor diesem Hintergrund erscheint, neben einer weiteren Flexibilisierung von Stromerzeugung und -nachfrage, die technologische Weiterentwicklung von Speichertechnologien sinnvoll, um insbesondere notwendige Kostensenkungen zu erreichen. Derzeit werden verschiedene Technologien intensiv erforscht, und es wird an der Weiterentwicklung von Wasserstoff-, sonstigen Gas- sowie Batteriespeichern gearbeitet.

 

Ziele

Mittelfristige Erschlie?ung der verfügbaren deutschen Potenziale für Pumpspeicherkraftwerke im Rahmen der technischen und wirtschaftlichen M?glichkeiten; Intensivierung der Forschung zu neuen Speichertechnologien und Unterstützung bis zur Marktreife (Energiekonzept 2010, S. 21)