1 Abstract
2 Allgemeiner Kontext und Zielsetzung
Ziel dieser Studie ist es die wichtigsten Energiespeicher zu identifizieren und darzustellen. Energiewirtschaftliche Potenziale sollen aufgezeigt und eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt werden.
3 Vorgehensweise
Anschließend werden die Kerneigenschaften der verschiedenen Speichertechnologien gegenübergestellt und ein Überblick über das energiewirtschaftliche Potenzial von Energiespeichern und deren möglicher Einsatzgebiete gegeben.
Die Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern für die großtechnische Anwendung wird an Hand von vier Beispielen untersucht. Die Gasturbine wird dabei als Referenztechnologie herangezogen. Die Erlöse werden in dieser Berechnung ausschließlich am Regelleistungsmarkt erzielt.
4 Ergebnisse
Abbildung 1 gibt einen Überblick der einzelnen Speichersysteme hinsichtlich üblicher Systemgröße und Entladungszeit.
Abbildung 1: Speichersysteme für elektrische Energie
Pumpspeicherkraftwerke sind zwar technisch ausgreift, durch eine geringe Zahl geeigneter Standorte ist das weitere Ausbaupotenzial bei akzeptablen Investitionskosten jedoch begrenzt. Die verstärkte Anbindung von Pumpspeicherkraftwerken bedarf zudem erheblicher Investitionen in das Übertragungsnetz. Durch zahlreich vorhandene Salzstöcke sind in Norddeutschland die Voraussetzungen für Druckluftspeicher gegeben. Sie sind zwar technisch ausgereift, aufgrund des geringen Wirkungsgrades aber weniger wirtschaftlich als Pumpspeicherkraftwerke. AA-CAES (Advanced adiabatic compressed air energy storage) -Kraftwerke weisen einen höheren Wirkungsgrad auf, sind aber noch in der Entwicklungsphase. Akkumulatoren für den großtechnischen Einsatz sind derzeit sehr teuer, jedoch ist hier mit weiteren Innovationen zu rechnen. Die Wasserstofftechnik hat ebenfalls ein hohes technisches Potenzial, die elektrolytische Wasserstofferzeugung mit anschließender Verstromung hat allerdings einen geringen Gesamtwirkungsgrad. Der Einsatz des durch regenerative Energien erzeugten Wasserstoffs als Kraftstoff für Fahrzeuge erscheint hier vorteilhafter.
Der noch junge Markt zur Bereitstellung von Regelleistung wird überwiegend durch die Regelung der Kraftwerke selbst bedient, stellt jedoch auch einen großen und aufgrund des Ausbaus fluktuierender, erneuerbarer Energien, wachsenden Zielmarkt für Energiespeicher dar. Zudem ist anzunehmen, dass sich durch einen erhöhten Anteil erneuerbarer Energien die Preisspanne an der Strombörse vergrößern wird. Dies wird zu einer besseren Wirtschaftlichkeit von Speichern führen, die für den Peak-Shaving-Betrieb eingesetzt werden. Da der Ausbau von Energiespeichern jedoch den gegenteiligen Effekt auf den EEX-Preis ausübt, ist mit einer Obergrenze an benötigter Speicherleistung zu rechnen.
Der Ausgleich von Prognosefehlern im Zusammenhang mit dem Ausbau von Wind- und Solarkraft eröffnet ein weiteres wachsendes Potenzial an benötigten Speichern. Zukünftige Bedeutung könnte auch die Idee haben, durch den Einsatz des Energieträgers Wasserstoff in Verbindung mit leistungsstarken Offshore-Windkraftparks eine Alternative zum sonst notwendigen Stromnetzausbau zu bieten.
Elektrostraßenfahrzeuge können in absehbarer Zeit eine größere Rolle im Straßenverkehr spielen. Die in ihnen enthaltenen Akkumulatoren würden in Summe einen beträchtlichen Energiespeicher darstellen, der durch ein intelligentes Energiemanagement zur Stabilisierung des Stromnetzes und zur Einbindung erneuerbarer Energieträger beitragen könnte.
Die Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern wurde anhand des Regelleistungsbetriebes von Pumpspeicherkraftwerk, CAES, AA-CAES, NaS-Akkumulator und der Konkurrenztechnologie Gasturbine untersucht. Abbildung 2 zeigt Kosten und Erlöse dieser Anlagen im Fall der Bereitstellung von Regelleistung
Abbildung 2: Kosten und Erlöse verschiedener Anlagen zur Bereitstellung von Regelleistung
Ein AA-CAES-Kraftwerk könnte eine wirtschaftliche Alternative sein, deren technische Umsetzung allerdings noch abgewartet werden muss. Das CAES-Kraftwerk erwirtschaftet in der Berechnung noch Gewinn, durch die notwendige Kombination mit einer Gasturbine besteht jedoch das Risiko steigender Gaspreise. Eine mögliche nachträgliche Umrüstung zu einer AA-CAES-Anlage wäre eine Absicherung gegen dieses Risiko.
Aufgrund der sehr hohen Kapitalkosten arbeitet die NaS-Akkumulatoranlage hier nicht kostendeckend. Im Gegensatz zu den anderen Speichern kann beim NaS-Akkumulator aber mit zukünftig sinkenden Investitionskosten gerechnet werden. Die Wirtschaftlichkeit der Gasturbine hängt entscheidend vom Gaspreis und den Kosten für CO2-Zertifikate ab. Sie ist besonders bei sinkenden Gaspreisen konkurrenzfähig, jedoch nicht im Fall der für das Jahr 2007 veranschlagten Kosten.