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11 | 2017

Organgesellschaft

Organgesellschaft Statusreport des VDI Energiespeicher ENERGIEVERSORGUNG | Energie speicher sind ein intensiv diskutiertes Thema in Politik, Gesellschaft und Energiewirtschaft. Aus technischer Sicht ist es klar, dass eine klimaneutrale Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien national, aber auch global nur mit Energiespeichern funktionieren kann. Aus wirtschaftlicher Sicht wird Stromspeichern entgegengehalten, dass andere Flexibilitätsoptionen wie Netzausbau deutlich günstiger seien. Unter Beachtung von Akzeptanzfragen, aber auch lokalen Restriktionen, relativiert sich diese These schnell, und es zeigt sich, dass der Bedarf an einer wissenschaftlich neutralen Sicht eminent wichtig ist. Bild: ISEA, RWTH Aachen Bleibatterien des Typen OCSM aus dem Batteriespeicher M5Bat der RWTH Aachen University. Wie hoch der Bedarf für Energiespeicher ist und mit welcher Technologie er am besten zu decken ist, wird ebenfalls kontrovers diskutiert: Während sich derzeit im Bereich der öffentlichen elektrischen Energieversorgung für den Ausbau der klassischen Energiespeicher (Pumpspeicherkraftwerke) kaum ein Geschäftsmodell darstellen lässt, erfreuen sich dezentrale Batteriespeicher, insbesondere bei Privatkunden im Zusammenhang mit einer PV-Anlage, einer zunehmenden Nachfrage. Das Themenfeld der Energiespeicherung ist also vielfältig, es hat viele Stakeholder und wird kontrovers diskutiert. Im Rahmen des Pariser Klimaschutzabkommens und dessen Umsetzung werden Energiespeicher eine Schlüsseltechnologie darstellen. Sie zu bauen, auszulegen und in das Energieversorgungssystem zu integrieren, ist eine hohe Ingenieurskunst und damit eine große Chance für den Technologie- und Industriestandort Deutschland. Der Fachausschuss „Energiespeicher“ des VDI, der sich aus Experten aus allen relevanten Bereichen in Forschung und Entwicklung zusammensetzt, hat sich in diesem Zusammenhang die Aufgabe gesetzt, zunächst einen Überblick in Form eines Statusreports zu schaffen. Er zielt darauf ab, die Hintergründe für das starke Interesse an Energiespeichern aufzuzeigen, Einsatzgebiete darzustellen und technologiespezifisch zu differenzieren, sowie einen Überblick über verfügbare Technologien und deren Vor- und Nachteile zu geben. Zusätzlich werden Alternativen für bestimmte Einsatzgebiete benannt und bewertet. Der Statusreport behandelt neben technischen und ökonomischen Aspekten auch energiewirtschaftliche Aspekte, insbesondere im Zusammenhang mit der Nutzung von Energiespeichern für den Ausgleich des fluktuierenden Dargebots der erneuerbaren Energien (EE) und stellt diese in den Gesamtkontext mit alternativen Flexibilisierungsoptionen. Darüber hinaus werden aktuelle politische sowie rechtliche und marktregulatorische Rahmenbedingungen für Energiespeicher beleuchtet. Grundlegendes Thermodynamisch ist ein Energiespeicher eine Anlage zur Speicherung von Energie in Form von innerer, potenzieller oder kinetischer Energie. Ein Energiespeicher beinhaltet die folgenden Prozesse: Einspeichern (Laden, Wandlung), Speichern (Halten) und Ausspeichern (Entladen, Wandlung). Ein Speicherzyklus umfasst diese drei Prozesse oder Funktionsblöcke in einmaliger Ausführung. Technisch betrachtet ist ein Energiespeicher die Speichereinheit oder das reine Behältnis, in dem der Energieträger gespeichert ist. Zur Ein- und Ausspeicherung können darüber hinaus Energiewandler und für den Betrieb erforderliche Hilfssysteme notwendig sein. Zusammen bilden diese Einheiten ein „Energiespeichersystem“. Die Frage des Bedarfs an Stromspeichern ist eine Frage der Annahmen und alternativen Flexibilitätsoptionen. Die einflussreichsten Annahmen bei gegebenem EE- Ausbau sind der Stromnetzausbau und der europaweite Ausgleich durch vorhandene konventionelle Erzeugungsleistungen. Werden diese Optionen nicht oder kaum genützt, ergeben sich bereits bei deutlich geringeren EE-Anteilen Stromüberschüsse. Die energiewirtschaftlichen Rahmen - bedingungen sind bisher lediglich für Stromspeicher und Gasspeicher geregelt. Die Analyse im Statusreport zeigt, dass es bereits Möglichkeiten zur Befreiung von Steuern und Abgaben für Stromspeicher gibt. Diese Möglichkeiten beschränken sich nach derzeitiger Rechtslage noch auf bestimmte Speichertechnologien oder bestimmte Speicherzwecke. Entscheidend für die zukünftige Ausgestaltung des rechtlichen Rahmens wird die gesetzliche Definition des Begriffs „Letztverbraucher“ sein. Erfolgt eine Änderung der bisherigen Definition, wie es im Moment von einer Vielzahl potenzieller Speicherbetreiber gefordert wird, kann dies zur Befreiung von Speicheranlagen von Steuern und Abgaben führen. Im Strommarktgesetz 2.0 wurde dieser Forderung erneut nicht nachgekommen. Die lange kritisierten Benachteiligungen von Stromspeichern durch Doppelbelastungen (vor allem bei der EEG-Umlage) sind hingegen behoben worden. Neben den Anforderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit werden auch die Anforderungen an Energiespeicher im Hinblick auf deren Akzeptanz betrachtet. Gerade die Frage der Akzeptanz wird viel diskutiert und unterscheidet sich erheblich bei unterschiedlichen Technologien und Leistungsgrößen. Beispielsweise ist die Akzeptanz von Pumpspeichern projektspezifisch, während Batteriespeicher in priva- 46 BWK Bd. 69 (2017) Nr. 11

Organgesellschaft ten Haushalten einen hohen Grad an Akzeptanz genießen. Andere Speichertechnologien wie Druckluft- oder Wasserstoffspeicher bedürfen grundlegender Forschung. Aus psychologischer Perspektive ist beim Ausbau von Energiespeichern sowohl auf regionaler als auch persönlicher Ebene mit Autonomie- und Optimierungsmotiven der jeweiligen Zielgruppe zu rechnen. Diese können – wie bei den Pumpspeichern – zu Treibern des Widerstands oder auch – wie bei den Batteriespeichern – zu Treibern der Umsetzung werden. Im Bereich der Energiespeicher wurde in den letzten Jahren sehr viel Entwicklungsarbeit geleistet, was sich in einer Vielzahl an verfügbaren Speichertechnologien auf dem Markt und einer ebenso großen Vielzahl an Technologien in der Entwicklung widerspiegelt. Wichtig für die Charakterisierung von Speichern ist eine klare Unterscheidung von Energiespeichern nach Anwendung und technischen Eigenschaften. So stellen sich ganz andere Anforderungen an Stromspeicher in Form von Großbatteriespeichern im Regelleistungsmarkt als im Elektrofahrzeug. Gleiches gilt für Wärmespeicher oder chemische Speicher. Daher ist für die Bewertung von Energiespeichern die möglichst exakte Definition des jeweiligen Anwendungsbereichs von entscheidender Bedeutung. Bei der Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern muss weiterhin zwischen System- (eher volkswirtschaftlicher Ansatz) und Akteurssicht (eher betriebswirtschaftlicher Ansatz) unterschieden werden, da sich in der Regel aus beiden Blickwinkeln unterschiedliche Zielgrößen und Wirtschaftlichkeitsbereiche ergeben. Hier ist darauf zu achten, dass Marktregularien so gestaltet werden, dass den Akteuren wirtschaftliches Handeln in der Zielrichtung möglich ist, damit volkswirtschaftlich optimale Energiesysteme aufgebaut werden. Ausblick Energiespeicher spielen zukünftig gerade in der Sektorenkopplung, in der erneuerbarer Strom als Primärenergie zur Dekarbonisierung von Wärme, Verkehr und des nichtenergetischen Verbrauchs fossiler Energie (zum Beispiel in der chemischen Industrie) eingesetzt wird, eine tragende Rolle. Daher ist eine integrierte und sektorenübergreifende Betrachtung und Gesetzgebung zielführend. Der zukünftige Beitrag von Energiespeichern hängt maßgeblich vom Betrachtungshorizont und Zeitraum ab: > Wird nur der Stromsektor betrachtet, werden Stromspeicher bei angenommenem vollständigem Netzausbau erst ab einem erneuerbaren Anteil von 70 bis 80 % ökonomisch rentabel. Falls der Netzausbau erst deutlich verzögert kommt oder durch gesellschaftspolitische Maßnahmen wie Erdverkabelung wesentlich teurer wird, werden Stromspeicher deutlich früher eine wichtige Option im Portfolio des Elektrizitätssystems. Sehr deutlich wird das anhand der exponentiell steigenden Kosten für die Abregelung von erneuerbarem Strom im Norden und dem Ausgleich durch Kraftwerke im Süden Deutschlands (Redispatch) in Milliardenhöhe veranschaulicht. Aus den zahlreichen dazu existenten Studien mit gegensätzlichen Ergebnissen lässt sich eine Kernfolgerung ziehen: Alle Zukunftsprojektionen sind wenig sicher, da sie elementar abhängig sind von den getroffenen Annahmen. Es ist also ratsam, auf möglichst viele Flexibilitätsoptionen zu setzen und nicht nur auf eine, um der Unsicherheit der zukünftigen Entwicklung souverän begegnen zu können. > Wird nur der Wärmesektor betrachtet, ist schnell klar, dass auch hier bislang und in Zukunft Energiespeicher gebraucht werden. Ohne die Pufferspeicher mit warmem Wasser ist die Wärmeversorgung kaum denkbar. Im Zuge der Sektorenkopplung werden diese für die kostengünstige Integration von erneuerbarem Strom über Wärmepumpen und Power-to- Heat ebenfalls stärker gebraucht. Aber auch Latent- und Sorptionsspeicher werden eine Rolle spielen. > Eine Dekarbonisierung des Verkehrssektors ist ohne Sektorenkopplung und Energiespeicher nicht denkbar: Angefangen bei der Elektromobilität bis hin zu Powerto-Gas und Power-to-Liquid für Stromkraftstoffe zeigt sich ein großes Portfolio an Technologien, die erneuerbaren Strom als „Primärenergie“ für die Verkehrswende nutzen. Ähnlich ist es mit dem nichtenergetischen Verbrauch fossiler Ressourcen, vor allem in der Chemieindustrie: Hier ermöglichen Power-to-X-Speichersysteme die Wandlung erneuerbarer Energien samt Luft, CO 2 und Wasser in nachhaltige Rohstoffe für Düngemittel, Kunststoff und viele weitere Produkte. Fazit Zur Vollendung der Energiewende sind Speichertechnologien vorhanden. Sie befinden sich in einem unterschiedlichen Entwicklungsstand, aber technologisch ist das „Speicherproblem“ lösbar. Die Wirtschaftlichkeit und Marktentwicklung sind noch offen, diese sind stark von den angesprochenen energiepolitischen Rahmenbedingungen abhängig. Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht unter anderem bezüglich der Verbesserung von Lebensdauern, der Reduzierung von Kosten, dem Ersatz von Materialien mit begrenzter Verfügbarkeit oder der Verbesserung von Wirkungsgraden. Da in unserem Land gegenwärtig Überkapazitäten im Kraftwerkspark und mittelfristig viele Flexibilitätsoptionen auf Erzeugungs- und Lastseite vorliegen, sind die Potenziale und auch die Wirtschaftlichkeit für Energiespeicher im Ausland, gerade in Ländern und Gebieten mit geringem Netzausbau, deutlich höher. Daher sollte aus deutscher Sicht als stark exportorientierte Wirtschaft der Fokus nicht nur auf Deutschland oder Europa liegen. Technologien wie Photovoltaik und Windenergieanlagen sind längst Weltmärkte: Die globalen Investitionen in erneuerbare Stromerzeugungsanlagen betragen etwa das Dreifache gegenüber neuen fossilen oder nuklearen Kraftwerken. Hier findet allerdings die Wertschöpfung weitgehend außerhalb Deutschlands statt. Eine ähnliche Entwicklung ist für Energiespeicher vorherzusehen. Deutschland hat eine führende Rolle in der Forschung und Entwicklung der neuen Speichertechnologien. Es wäre von Vorteil, wenn es gelänge, die Wertschöpfung zu diesen Hochtechnologien in Deutschland und Europa zu etablieren. Die Dekarbonisierung vieler Sektoren wie Strom, Wärme, Verkehr, Industrie funktioniert über die Sektorenkopplung fast ausschließlich mit Energiespeichern. Damit bestehen bereits heute große Marktpotenziale für verschiedene Speichertechnologien, die es zu nutzen und zu erschließen gilt. Auch vor dem Hintergrund des gesellschaftlich umstrittenen Stromnetzausbaus und der sich ändernden Kostenstrukturen (PV, Batteriespeicher, Digitalisierung, Dezentralität) ist eine ständige Neubewertung des Themas Energiespeicher erforderlich. Der Statusreport ist in elektronischer Form für VDI-Mitglieder unter „Mein VDI“ kostenlos herunterzuladen. Interessenten an der gedruckten Fassung des Statusreports wenden sich bitte an die Geschäftsstelle der VDI-GEU (geu@vdi.de). i www.vdi.de/geu BWK Bd. 69 (2017) Nr. 11 47

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