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AEE Renews Spezial - Energiespeicher

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Technologien und ihre Bedeutung für die Energiewende

18 RENEWS SPEZIAL RENEWS

18 RENEWS SPEZIAL RENEWS SPEZIAL 19 Aus der Perspektive eines möglichst effizienten Stromsektors würden Power-to-X-Verfahren im Idealfall ausschließlich mit sogenanntem „Überschusstrom“ betrieben, d.h. Strom aus Wind und Sonne, der zum Zeitpunkt der Erzeugung anderweitig nicht genutzt bzw. transportiert werden kann. Das ist aber aus heutiger Sicht nicht realistisch, denn auch bei einem weiteren Wachstum der Erneuerbaren Energien werden Überschüsse nur in relativ wenigen Stunden des Jahres anfallen. Als energiewirtschaftlich sinnvoll gilt ein Speicherbetrieb mit 2.500 Volllaststunden pro Jahr18. Bei den derzeitigen Kosten von Elektrolyse-Anlagen werden für einen betriebswirtschaftlich rentablen Betrieb jedoch mehr Vollbenutzungsstunden benötigt. Wenn in Zukunft die Investitions- und fixen Betriebskosten fallen, sinkt die Relevanz der Vollbenutzungsstunden19 – eine gute Aussicht für das erneuerbare Energiesystem. In welchem Umfang chemische Langzeitspeicher in Zukunft genutzt werden, wird daher von technologischen Fortschritten bzw. Effizienzsteigerungen und damit der Kostenentwicklung abhängen20. Weiterhin hängt der Bedarf für synthetische Brennstoffe von der Verfügbarkeit nachhaltiger Biomasse ab und von der Höhe der Energienachfrage, also den Konsum- und Verhaltensmustern. Obwohl direkte Elektrifizierung im Verkehr mit höheren Wirkungsgraden effizienter und kostengünstiger ist als den Strom in Wasserstoff oder synthetische Kraftstoffe umzuwandeln, prognositizieren viele Szenarien, dass Letztere die dominierende Rolle im Verkehrssystem der Zukunft um 2050 spielen werden. Die direkte Nutzung von Strom im Flug- und Schiffsverkehr ist nur begrenzt möglich, sodass Biokraftstoffe und Biomethan sowie synthetische Gase und Kraftstoffe einspringen müssen. Erneuerbare Gase und kohlenwasserstoffbasierte Flüssigkeiten haben im Straßengüterverkehr den Vorteil, gut speicherbar und transportierbar zu sein, da der Energieträger an Bord mitgeführt werden und somit eine hohe Energiedichte aufweisen muss21. Die Deutsche Umwelthilfe betont, dass Power-to-X eine überproportionale Steigerung der Stromerzeugung mit sich bringt. Demnach könnte der Bedarf an erneuerbarer Stromerzeugung aufgrund der energieintensiven Herstellung von stromgenerierten Kraftstoffen im Jahr 2050 bei ca. 917 Mrd. kWh bis 1.070 Mrd. kWh liegen22. Die meisten Szenarien sehen den Einsatz von Elektrolyseuren und Methanisierungsanlagen in Deutschland daher nicht vor dem Jahr 2030. Viele Studien setzen zudem stark auf Importe, um den Bedarf an regenerativen Kraftstoffen zu decken23. Für eine nachhaltige Energieversorgung wird es daher notwendig sein, eine gute Balance zu finden. Für Power-to-X muss das Motto gelten: „So wenig wie möglich, aber so viel wie nötig“. 3 SPEICHER IN DER PRAXIS Im folgenden wird der Status Quo verschiedener Speichertechnologien beschrieben und einige Praxisbeispiele vorgestellt. Soweit möglich wird dabei auf Herausforderungen, Kostenentwicklung und die politischen Rahmenbedingungen eingegangen. 3.1 PUMPSPEICHERKRAFTWERKE Technik Pumpspeicherkraftwerke zeichnen sich durch ihre einfache Funktionsweise, ausgereifte Technik und einen hohen Wirkungsgrad aus. Der weitaus größte Teil der globalen Speicherkapazitäten entfällt auf diese Form der Speicherung. Pumpspeicherkraftwerke gelten als etablierte Langzeitspeicher und sind eine der wichtigsten Säulen für den Ausgleich von Stromangebot und -nachfrage. Ihr Funktionsprinzip ist einfach: Dann, wenn kostengünstiger Strom vorhanden ist, werden große Mengen Wasser von einem niedrig gelegenen in ein höher gelegenes Becken gepumpt und dort als potenzielle Energie gespeichert. Als Speicher dienen natürlich vorkommende Seen oder künstliche Reservoire, die durch Staudämme oder -mauern geschaffen wurden. Wenn bei Verbrauchsspitzen oder bei Erzeugungsengpässen zusätzlicher Strom benötigt wird, lassen die Betreiber Wasser herabströmen, das Turbinen antreibt. Die Turbinen wiederum treiben Generatoren an, die Strom erzeugen. Wie viel Energie bereitgestellt werden kann, ist außer von der Leistung und Anzahl der Generatoren abhängig von der Größe der Speicherreservoire sowie vom Höhenunterschied zwischen dem so genannten Ober- und dem Unterwasser. Neue Pumpspeicherkraftwerke erreichen einen Wirkungsgrad von 70 bis 80 Prozent. Das heißt, von zehn Kilowattstunden Strom, die zum Hochpumpen des Wassers in den Speicher benötigt werden, stehen bei Bedarf sieben bis acht Kilowattstunden wieder zur Verfügung. Die lange Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten und die unbegrenzte Anzahl an Be- und Entladezyklen erlauben grundsätzlich einen wirtschaftlichen Betrieb (vgl. Kap. 4). Pumpspeicher dienen vor allem zur Bereitstellung von Spitzenlaststrom und für den Ausgleich von unerwarteten Schwankungen im Stromverbrauch. Da sie aus dem Stillstand innerhalb von wenigen Minuten Strom erzeugen können (Schwarzstartfähigkeit), haben sie eine besondere Bedeutung für die Versorgungssicherheit. Installierte Kapazitäten Global waren Ende 2018 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Kapazität von 160 Gigawatt (GW) installiert, davon sind 1,9 GW im Laufe des Jahres 2018 hinzugebaut worden24. Im deutschen Stromnetz waren Ende 2018 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Gesamtleistung von 9,8 GW25 in Betrieb. Dazu zählen auch Anlagen im Ausland (Luxemburg, Schweiz, Österreich), die in das deutsche Stromnetz einspeisen. Im Jahr 2018 betrug der Stromverbrauch von Pumpspeichern im deutschen Netz 8,3 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh) und die Erzeugung in Pumpspeicherkraftwerken 6,2 Mrd. kWh26. Die Erzeugung aus Pumpspeicherkraftwerken hat somit im Jahr 2018 einen Einbruch verzeichnet, während sie in den Jahren zuvor eine leicht zunehmende Tendenz hatte. 18 LBST/BEE: Analyse der Kosten erneuerbarer Gase. 2013 19 Energy Brainpool: Auf dem Weg in die Wettbewerbsfähigkeit. Elektrolysegase erneuerbaren Ursprungs. 2018 20 AEE: Metaanalyse Erneuerbare Gase. 2018 21 acatech/Leopoldina/Akademienunion: Optionen für die nächste Phase der Energiewende. 2017 22 DUH: Sektorenkopplung – Klimaschutz mit Strom für Wärme und Verkehr. 2017 23 AEE: Metaanalyse Flexibilität durch Kopplung von Strom, Wärme und Verkehr. 2016 24 REN21: Global Status Report 2019, S.22 25 Agora Energiewende: Die Energiewende im Stromsektor: Stand der Dinge 2018. 2019, S.18 26 AG Energiebilanzen: Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2018. 2019, S.31; Bundesnetzagentur / Bundeskartellamt: Monitoringbericht 2018, S. 31, 51, 54

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