Energiekalender 2014 Umsetzung der Energiewende: Energiespeicher


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Themen des Energiekalender 2014 der Metropolregion Hamburg: Solarenergie, Gebäudeeffizienz, Energieeinsparung, Forschung, Bioenergie, Elektromobilität, Windenergie, Brennstoffzelle, Energiespeicher, Netzausbau, CO2-Senke, Nachhaltige Mobilität

Speichertechnologien und ihre Anwendung in der Metropolregion Hamburg

Eine sichere Stromversorgung ist nur dann gewährleistet, wenn Strombedarf und Stromerzeugung zu jedem Zeitpunkt gleich groß sind. Schwankungen im Energienetz werden durch Bedarfsspitzen, plötzliche Verbrauchseinbrüche und Fluktuationen bei der Stromeinspeisung durch erneuerbare Energien ausgelöst. Die sogenannten Systemdienstleistungen regeln die Schwankungen im Stromnetz durch die Stromeinspeisung ins Netz, d.h. durch das Zu- und Abschalten von Kraftwerken.

Bisher erfolgt die Ausregelung des Netzes durch große thermische Kraftwerke. Diese sind jedoch zu träge, um die Energienachfrage und –erzeugung im Sekunden- und Minutenbereich im Gleichgewicht zu halten und können nur begrenzt heruntergefahren werden. Mit zunehmendem Anteil an erneuerbaren Energien am Strommix nimmt das Ungleichgewicht von Stromerzeugung und –nachfrage zu.

Derzeit wird Strom aus erneuerbaren Quellen teilweise abgeregelt, um die Systemstabilität zu gewährleisten. Speichertechnologien sind hier ein wichtiger Baustein, um auch in Zeiten von „Stromüberangebot“ die vollen Kapazitäten der erneuerbaren Energien nutzen zu können. Dann können erneuerbare Energien konventionelle Grundlastkraftwerke ersetzen und damit zur Reduzierung schädlicher Treibhausgase beitragen.

Die Speicherung von Strom kann grundlegend in zwei Verfahren erfolgen. Einerseits kann elektrische Energie direkt in Magnetfeldern (stromdurchflossenen Spulen) oder in elektrischen Feldern (Kondensatoren) erfolgen. Andererseits ist eine indirekte Speicherung elektrischer Energie über eine Umwandlung in mechanische, chemische oder thermische Energie möglich. Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicher sind Beispiele für die Nutzung mechanischer Energie. Batteriesysteme oder die Wind-Wasserstoff-Technologie nutzen stoffliche Speichermedien und basieren auf chemischen Prozessen.

Pumpspeicherkraftwerke

In Zeiten mit Energieüberschüssen, d. h. geringem Stromverbrauch wird Wasser in ein höher gelegenes Staubecken gepumpt. Durch diesen Pumpvorgang wird elektrische Energie aus dem Stromnetz in mechanische Energie des Wassers umgewandelt und damit gespeichert. Später kann bei hohem Energiebedarf durch das Ablassen des Wassers aus der mechanischen Energie wieder elektrische Energie (Strom) „zurück“-gewonnen werden. Von der „gespeicherten“ Energie fließen 70 – 80 % zurück in das Stromnetz. Trotz dieses „Energieverlustes“ rechnen sich Pumpspeicherkraftwerke, da sie von der Preisdifferenz zwischen eingekauftem billigen Strom bei Angebotsüberhang und verkauftem teuren Strom bei Angebotsknappheit profitieren.

Pumpspeicherkraftwerke können ihre Leistung innerhalb weniger Minuten zur Verfügung stellen und ebenso schnell abgeschaltet werden. Daher sind sie besonders geeignet, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen (sowohl Bedarfsspitzen als auch plötzliche Verbrauchseinbrüche ebenso wie Fluktuationen bei der Stromeinspeisung durch erneuerbare Energien), denn eine sichere Stromversorgung ist nur dann gewährleistet, wenn Strombedarf und Stromerzeugung zu jedem Zeitpunkt gleich groß sind. Insbesondere können Pumpspeicherkraftwerke bei Stromausfällen eingesetzt werden, um andere Kraftwerke wieder anzufahren (Schwarzstartfähigkeit).

Aktuell sind in Deutschland Pumpspeicherkraftwerke mit einer Gesamtleistung von ca. 6,6 GW installiert. Der großtechnische Einsatz ist langjährig erprobt und funktioniert seit vielen Jahrzehnten. Die Wirtschaftlichkeit wird jedoch dadurch beeinträchtigt, dass der Unterschied von Strompreisen für aufgenommenen und abgegebenen Strommengen immer geringer wird. Da Pumpspeicherkraftwerke nach heutigem Erkenntnisstand die effizienteste und kostengünstigste Speichertechnologie darstellen, sind sie unverzichtbar für die Umsetzung der Energiewende. Das Ausbaupotential ist jedoch besonders in Norddeutschland begrenzt durch die speziellen natürlichen Standortgegebenheiten und die massiven Eingriffe in Natur und Landschaft. Die in Deutschland installierte bzw. potentiell installierbare Leistung von Pumpspeicherkraftwerken wird nicht ausreichen, um den zunehmenden Ausgleichsbedarf fluktuierender Energien zu decken. Daher sind Pumpspeicherkraftwerke vor allem zum Ausgleich von tageweisen Schwankungen geeignet und müssen mit anderen Speichertechnologien kombiniert werden.

Das September-Bild zeigt das Pumpspeicherkraftwerk im Energie Park Geesthacht, welcher des Weiteren eine 500-Kilowatt-Windkraftanlage und eine 60-Kilowatt-Photovoltaik-Anlage umfasst. Er liegt etwa zwei Kilometer südöstlich von Geesthacht.

Die topografischen Gegebenheiten am Geesthang ermöglichen den Betrieb des einzigen Pumpspeicherkraftwerkes Norddeutschlands. Fakten zum Pumpspeicherkraftwerk Geesthacht: Vattenfall Geesthacht

Batteriespeicher

Batteriekraftwerke sind aufgrund ihrer Regelgeschwindigkeit und –genauigkeit in der Lage, die Aufgabe der Systemdienstleistung „Primärregelung“ zu übernehmen. Somit ermöglicht es diese Speichertechnologie bestehende Grundlastkraftwerke abzuschalten und Treibhausgasemissionen weiter zu reduzieren.

Die WEMAG AG errichtet in Zusammenarbeit mit dem Berliner Unternehmen Younicos ein solches Batteriekraftwerk in Schwerin-Lankow. Dieses kann die Aufgaben der Primärregelleistungserbringung von Grundlastkraftwerken übernehmen und darüber hinaus schneller, genauer und emissionsfrei arbeiten. Bei einer geplanten Leistung von 10 MW und einer Kapazität von 10 MWh soll das Batteriekraftwerk so ausgelegt werden, dass es unabhängig von einem Kraftwerkspool sicher und zuverlässig betrieben werden kann. Darüber hinaus zeichnet es sich durch Schwarzstartfähigkeit, Teilinselbetrieb im Störfall und dynamische Spannungsregelung aus.

Es handelt sich bei diesem Projekt um ein deutschlandweit einzigartiges Pilotvorhaben. Es soll demonstrieren, dass die entstehende Angebotslücke bei der Frequenzstabilisierung mit Hilfe von Batteriekraftwerken geschlossen werden kann, und die technische und kommerzielle Einsatzfähigkeit nachweisen.

Wind-Wasserstoff

Eine weitere Möglichkeit, überschüssige Energie einzusetzen, ist die Produktion von Wasserstoff in einem mit EE-Strom betriebenen Elektrolyseur. Der Wasserstoff kann in Salzkavernen gespeichert und entweder als „grüner“ Wasserstoff direkt stofflich genutzt oder in einer Brennstoffzelle rückverstromt werden.

Die Metropolregion Hamburg hat in diesem Bereich die Studie für einen „Fahrplan zur Realisierung einer Windwasserstoff-Wirtschaft in der Region Unterelbe“ gefördert.

Kurzdarstellung: Fahrplan zur Realisierung einer Windwasserstoff-Wirtschaft in der Region Unterelbe


Kontakt

Nina Dohrmann

Internet, Öffentlichkeitsarbeit, Unternehmensbeirat, Metropolitaner

Geschäftsstelle der Metropolregion Hamburg
Alter Steinweg 4
20459 Hamburg
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