Nationale Herausforderung

1. ATOMAUSSTIEG UND DIE ENERGIEWENDE SIND ZWEI GROSSE HERAUSFORDERUNGEN

Der Atomausstieg und die Energiewende sind zwei unterschiedliche Vorgänge. Bereits vor der Atomkatastrophe von Fukushima sah das Energiekonzept der Bundesregierung einen Anteil von 80% erneuerbare Energien bis zum Jahr 2050 vor. Bis zum Jahr 2030 soll der Anteil 50% betragen. Der dann beschlossene Atomausstieg hat eigentlich einen zügigeren Ausbau der erneuerbaren Energien zur Folge, wenn nicht der wegfallende Atomstrom durch Kohle- oder Gaskraftwerke ersetzt werden soll.

Doch der Ausbau erneuerbarer Energien stellt neue Herausforderungen auf. Wind und Sonne sind nicht immer verfügbar und ungleich verteilt.

Eine 80%-ige Versorgung oder Vollversorgung durch erneuerbare Energien benötigen Speichertechnologien und/oder neue Übertragungsnetze. Die aktuelle Netzinfrastruktur sieht eine Produktion auf Höchstspannungsebene und eine Übertragung auf Mittel- und Niederspannungsebene vor. Die erneuerbaren Anlagen produzieren aber fast ausschließlich auf der Nieder- und Mittelspannungsebene. Entweder werden Strom- und Frequenzschwankungen im selben Netzkreis ausgeglichen oder es muss ein Ausgleich mit anderen Netzen stattfinden. Der Ausgleich im eigenen Netzkreis kann durch Speicherkraftwerke erfolgen, der Ausgleich mit anderen Netzen ist nur durch neue Stromleitungen möglich.

Die technische Koordination von Stromproduktion und Stromverbrauch in einer neuen ökologischen Stromwelt sind die größten nationalen Herausforderungen.

(Grafik: Frauenhofer ISE; Quelle: BDEW 4)

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2. BEDARF AN REGELLEISTUNG NIMMT STARK ZU

Wie stark der Bedarf an Regelleistung sein wird, zeigt diese Grafik. Da Wind und Sonne fluktuierend sind, muss das Netz für mögliche Leistungsänderungen eine sogenannte Regelleistung bereitstellen. Die Regelleistung kann den plötzlichen Wegfall von Wind- oder Sonnenenergie ersetzen. Sie kann aber auch überschüssige Energie durch zu viel Wind- und Sonnenenergie aufnehmen.

Die Grafik verdeutlicht, dass im Vergleich zum Jahr 2010 bereits im Jahre 2020 die Menge an Regelenergieleistung sich verdoppeln wird. Bis zum Jahr 2030 wird sich die Menge verdreifachen und im Jahr 2050 mehr als vervierfachen.
12 Gigawatt Regelleistung im Jahre 2050 bei lediglich einer Stunde Leistungsänderung durch Wind- und Solarstrom macht die noch zu lösende Herausforderung deutlich.

(Quelle: Amprion, EnBW, TenneT, 50Hertz, LBD; Stand: 26.09.2011)

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3. SPEICHER FÜR KURZFRISTIGE SCHWANKUNGEN ERFORDERLICH

Die Schwankungen der erneuerbaren Energien im aktuellen Strommix des deutschen Stromnetzes sind auf Monatsebene eher gering. Diese Tendenz wird bei einem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien erhalten bleiben, da sie nicht vom Ausbaugrad, sondern von den Wetterverhältnissen in Deutschland abhängig ist.
Somit kann abgeleitet werden, dass der Bedarf an Langfristspeicher zwar vorhanden aber gering sein wird.

(Quelle: BDEW, Stand 01/2014)

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3.a. Der Bedarf an Kurzfristspeicher ist bereits heute gegeben und wird sehr stark ansteigen. Unabhängig von der Jahreszeit gibt es bereits heute eine hohe Produktions- und Bedarfsschwankung.
Die Grafik zeigt zu dem wie ein Einspeichern und Ausspeichern durch Pumpspeicherkraftwerke erfolgen kann, um den zu viel erzeugten Ökostrom für spätere Bedarfsmomente wieder verfügbar zu machen.

 

(Quelle: VOITH, Die Energiewende erfolgreich gestalten: Mit Pumpspeicherkraftwerken, 15.04.2014; S. 9)

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4. FORSCHER SEHEN ENORME EINSATZPOTENZIALE FÜR PUMPSPEICHER

Forscher der RWTH und des Instituts für elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW) bestätigen die Entwicklung, dass Kurzfristspeicher einen hohen Stellenwert einnehmen werden. Sie haben in einer Studie den künftigen Bedarf an gesicherter Pumpspeicherleistung ermittelt. Sie kommen zu dem Ergebnis, dass bereits heute 7 Gigawatt durch Pumpspeicherkraftwerke geregelt werden. Im Jahre 2030 können bereits Pumpspeicherkraftwerke mit einer Leistung von 13 Gigawatt eingesetzt werden. Schließlich können im Jahre 2050 Pumpspeicherkraftwerke mit einer gesicherten Leistung von 16,6 Gigawatt Einsatz finden.

Durch den Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken mit einer Leistung von 16,6 Gigawatt können 152 Gigawattstunden Strom aus der Produktion von Wind- und Sonnenkraftwerke gespeichert und später bei Bedarf wieder zur Verfügung gestellt werden. Auch wenn Pumpspeicherkraftwerke keine aktive Stromproduktion übernehmen, sparen sie im Ergebnis den Erhalt oder Neuausbau von konventionellen Kraftwerken, wie Kohle-, Gas-, oder Atomkraftwerken.

(Quelle: RWTH AACHEN, IAEW, Unterstützung der Energiewende in Deutschland durch einen Pumpspeicherausbau – Potentiale zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und der Versorgungssicherheit; S. 36)

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5. PUMPSPEICHER, BATTERIEKRAFTWERKE UND POWER TO GAS WERDEN DAS FUNDAMENT DER SPEICHERLÖSUNGEN DARSTELLEN

Pumpspeicherkraftwerke werden bei der Speicherfrage der Energiewende eine zentrale Rolle einnehmen. Das Kombikraftwerk 2, ein vom Bundeswirtschaftsministerium gefördertes Forschungsprojekt, simuliert die Stromerzeugung, den Stromverbrauch und Stromtransport bei einer Vollversorgung durch erneuerbare Energien in Deutschland.
Viele renommierte Unternehmen und Forschungseinrichtungen (Fraunhofer Institut IWES, Cube Engineering GmbH, Siemens AG, SMA Solar Technology AG, Enercon GmbH, ÖKOBiT GmbH, SolarWorld AG, Deutscher Wetterdienst, IEH, Agentur für Erneuerbare Energien) kommen zu dem Ergebnis, dass Pumpspeicherkraftwerke, Batterien und Power to Gas Anlagen die Säule der Speicher in Deutschland sein werden. Aufgrund der unterschiedlichen Wirkungsgrade und Erfahrungswerte sowie der noch geringen Lebensdauer von Batterien werden Pumpspeicherkraftwerke bevorzugt eingesetzt. Sowohl beim Einspeichern, als auch beim Abspeichern erhalten Sie den Vortritt. Nach dem Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken kommen Batteriespeicher und dann Power to Gas Speicher zum Einsatz.

(Quelle: http://www.kombikraftwerk.de/kombikraftwerk-2/projektinformationen-kombikraftwerk2.html)