EW-R-3 Möglichkeiten der Stromspeicherung

Steigrohre eines Pumpspeicherkraftwerkes, Blick von oben auf den Untersee mit Betriebsgebäuden.zum Vergrößern anklicken
Pumpspeicherkraftwerke tragen verbrauchs- und erzeugungsseitig zur Steuerung der Stromversorgung bei
Quelle: Marco Barnebeck/pixelio.de

Monitoringbericht 2015 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel

Inhaltsverzeichnis

 

EW-R-3: Möglichkeiten der Stromspeicherung

Pumpspeicherkraftwerke sind derzeit die wichtigste Technologie, um in Deutschland Energie in großtechnischem Maßstab 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 Säulen für die Jahre 2011, 2012, 2013 die Installierte Netto-Nennleistung im Turbinenbetrieb und die Installierte Brutto-Nennleistung im Pumpbetrieb in GW dar. Es werden die Installierte Turbinenleistung und die in Bau befindliche Turbinenleistung gezeigt.
EW-R-3 Grafik
Quelle: Umweltbundesamt
 

Energiespeicherung für mehr Netzelastizität

Die zunehmende Einspeisung erneuerbaren Stroms erhöht die Anforderungen an die Flexibilität des Energieversorgungssystems. Hintergrund ist unter anderem die Frage, wie der in Spitzenzeiten z. B. aus Wind- und Sonnenenergie über den regionalen Bedarf hinaus erzeugte Strom sinnvoll verwendet werden kann. Für einen großräumigen Ausgleich wird u. a. der Ausbau der Stromnetze vorangetrieben. Auch ein verstärktes Last- sowie Einspeisemanagement und eine flexible Fahrweise verbleibender konventioneller Kraftwerke tragen zu einer höheren Flexibilität bei. Damit unterstützen diese Maßnahmen auch die Klimaanpassung des Stromversorgungssystems, z. B. wenn es zukünftig zu stärkeren zeitlichen und regionalen Ungleichgewichten von Stromangebot und -nachfrage kommt.

Eine weitere Flexibilisierungsoption sind Speichertechnologien, die insbesondere bei sehr hohen Anteilen erneuerbaren Stroms von zunehmender Bedeutung sind. Durch den Strombezug, d. h. den zur Befüllung von Speichern notwendigen Stromverbrauch, und die spätere Wiedereinspeisung in das Stromsystem können Speichertechnologien dazu beitragen, eine klimawandelbedingt möglicherweise zunehmende Fluktuation der Stromerzeugung z. B. aus erneuerbaren Energien abzufedern. Höhere Speicherkapazitäten stärken dann die Elastizität des Stromnetzes. Bedeutender für die Anpassung erscheinen aus heutiger Sicht die Seite der Stromerzeugung, u. a. um elektrischen Strom schnell verfügbar machen und kurzfristige Lastspitzen abfangen zu können, sowie das Lastmanagement.

Die in Deutschland derzeit mit weitem Abstand bedeutendste Technologie zur „Speicherung“ elektrischer Energie sind Pumpspeicherkraftwerke. Bei einem Überangebot an Strom befördern Pumpen Wasser unter Einsatz elektrischer Energie von einem Unter- in ein Oberbecken. Zu einem späteren 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, außerdem sind Kraftwerke in Luxemburg (1,1 GW) und Österreich (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 erschöpfen sich die Kapazitäten der Speicher sukzessive, die Turbinenleistung steht nach und nach nicht mehr für die Stromerzeugung zur Verfügung. Im Jahr 2010 betrug die maximale Kapazität der Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland für die Stromerzeugung insgesamt ca. 41 Gigawattstunden (GWh), die bei voller Leistung für etwa sechs Stunden erzeugt werden können. Die installierte Pumpleistung der Kraftwerke beträgt ca. 8 GW. Um die leeren Speicherbecken vollständig zu befüllen, ist bei voller Leistung eine Zeit von ca. neun Stunden und eine Pumparbeit von rund 55 GWh notwendig, für die Strom aus dem Elektrizitätsnetz bezogen werden muss.19

Ein weiterer Ausbau von Pumpspeicherkraftwerken stößt in Deutschland aus verschiedenen Gründen an eng gesetzte Grenzen. In der Öffentlichkeit treffen solche Vorhaben oft auf massive Widerstände 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 verändert: Hohe Einspeisungen von Strom aus Photovoltaikanlagen in der Mittagszeit führen dazu, dass früher typische Mittagsspitzen des Strompreises an der Strombörse abflachen und damit die Erträge von Pumpspeicherkraftwerken sinken.

Vor diesem Hintergrund und angesichts des grundsätzlichen Bedarfs an Flexibilisierungsoptionen erscheint neben einer Weiterentwicklung der eingangs genannten sonstigen Optionen eine technologische Weiterentwicklung von Speichertechnologien sinnvoll, um insbesondere notwendige Kostensenkungen zu erreichen. Letztlich wird der Wettbewerb aller Flexibilisierungsoptionen über den Einsatz der Speichertechnologien entscheiden.

Derzeit werden verschiedene Technologien intensiv erforscht. Dazu gehört u. a. die Optimierung von Druckluftspeichern, einer Technologie, die sich seit 1978 im niedersächsischen Gasturbinenkraftwerk Huntdorf im Einsatz befindet. Zur Energiespeicherung wird dabei Luft in Kavernen gepumpt und komprimiert. Bei der Stromerzeugung übernimmt die Druckluft dann die Rolle des Verdichters, der bei herkömmlichen Gasturbinen bis zu zwei Drittel der Gesamtarbeit verbraucht. Des Weiteren wird aktuell an der Weiterentwicklung von Wasserstoff­, sonstigen Gas- sowie Batteriespeichern geforscht.

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19 Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) (Hrsg.) 2010: Energiewirtschaftliche Bewertung von Pumpspeicherwerken und anderen Speichern im zukünftigen Stromversorgungssystem – Endbericht. Studie im Auftrag der Schluchseewerk AG, Kassel, 152 S.

 

Schnittstellen

EW-I-4: Potenzieller und realer Windenergieertrag

 

Ziele

Mittelfristige Erschließung der verfügbaren deutschen Potenziale für Pumpspeicherkraftwerke im Rahmen der technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten; Intensivierung der Forschung zu neuen Speichertechnologien und Unterstützung bis zur Marktreife
(Energiekonzept, S. 21)

Zunehmend bedarfsgerechte Strombereitstellung aus erneuerbaren Energien u. a. auch durch die verstärkte Nutzung von Speichern
(Eckpunktepapier Energiewende, Nr. 14)