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 2019 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 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: Möglichkeiten der Stromspeicherung

Ein Blockdiagramm stellt mit jeweils zwei Säulen 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 gemäß § 35 EnWG
 

Flexibilisierung des Stromsystems

Während die konventionelle Stromerzeugung der Nachfrage folgte, muss das Stromsystem nun zunehmend die wetterabhängige 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 großräumigen Ausgleich von Erzeugung und Nachfrage wird der Ausbau der Stromnetze vorangetrieben. Dadurch und durch die verstärkte Anbindung an die Netze der europäischen Nachbarn können die kostengünstigsten Erzeugungsorte erschlossen werden. Damit wird auch die Klimaanpassung des Stromversorgungssystems unterstützt, z. B. wenn es zukünftig zu stärkeren zeitlichen und regionalen Ungleichgewichten von Stromangebot und -nachfrage kommt. Treten Engpässe im Netzbetrieb auf, müssen die Netzbetreiber das jeweils effizienteste Mittel zur Behebung ergreifen und können 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 möglichst viele Anbieter am Strommarkt um die Deckung einer bestimmten Nachfrage oder ggf. die Verwertung von Überschüssen konkurrieren, verteilt sich auch das Risiko einzelner Ausfälle, und es kommt der jeweils kostengünstigste Anbieter zum Zug.

Speichertechnologien können durch den Strombezug, d. h. den zur Befüllung von Speichern notwendigen Stromverbrauch und die spätere Wiedereinspeisung in das Stromsystem dazu beitragen, eine zunehmende Fluktuation der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien abzufedern. Neben Batteriespeichern können z. B. Power-to-Gas-Anlagen (PtG) zur Flexibilität 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 können bei Bedarf auch rückverstromt werden. Im Vergleich zur Stromdirektnutzung ist PtG jedoch aufgrund der Wirkungsgradverluste teurer und erfordert einen erhöhten Zubau von erneuerbaren Energien, der aber durch fehlende Flächen bzw. fehlende Akzeptanz in der Bevölkerung beschränkt wird.

Die Speichertechnologie mit der in Deutschland derzeit größten Leistung und Kapazität sind Pumpspeicherkraftwerke. Bei der Einspeicherung 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.

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 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 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 2010, S. 21)