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2024 | OriginalPaper | Buchkapitel

2. Hintergrund

verfasst von : Nico Wehrle

Erschienen in: Die Kosten von erneuerbarer Stromerzeugung mit Energiespeicherung

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Dieser Abschnitt liefert einen Überblick über die Zusammensetzung der Elektrizitätserzeugung der vergangenen Jahre und über die Rolle der erneuerbaren Stromquellen. Weiterhin wird der Strommarkt für die Europäische Union und näher für Deutschland beschrieben. Ziel ist es, einen Überblick der Struktur und der Hintergrnde der Preisbildung zu liefern. Von zentraler Bedeutung ist der verstärkte Ausbau der erneuerbaren Energien, insbesondere der Wind- und Sonnenkraft. Konventionelle Kraftwerke werden in den dargestellten Prozessen zunehmend durch diese erneuerbaren Erzeugungskapazitäten ersetzt. Der offensichtliche Nachteil von volatilen Stromquellen besteht in ihrer Wetterabhängigkeit. Ab einem bestimmten Anteil von Erzeugungskapazitäten am Gesamtstrommix wird es zunehmend schwieriger, eine bedarfsgerechte Stromversorgung mit einer geringeren Anzahl grundlastfähiger Kraftwerke zu bewältigen. Eine Lösung kann der Einsatz von Energiespeichern sein, die die Möglichkeit bieten, den Strom aus volatilen Quellen an die Dynamik der Nachfrage anzupassen.

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Fußnoten
1
Die Grundlage für die angegebenen Stromgestehungskosten bestehen in der durchgehenden Möglichkeit zur Stromeinspeisung. Sollte es aus aufgrund einer zu geringen Nachfrage nicht möglich sein, den Strom zu vermarkten, steigen die Stromgestehungskosten an.
 
2
Die Gesamtmenge des erzeugten Stroms wird als Bruttostromerzeugung bezeichnet. Sie wird direkt am Generator gemessen, der den Strom ins Netz einspeist. Zieht man den Eigenverbrauch der Kraftwerke und die Verluste durch den Stromtransport ab, ergibt sich die Strommenge, die dem Endverbraucher zur Verfügung steht, die Nettostrommenge.
 
3
Vgl. Deutscher Bundestag (2020).
 
4
Zu den wesentlichen variablen Kosten kommen noch die Aufwendungen für den Emissionshandel, der seit 2005 europaweit eingeführt wurde und das zentrale europäische Klimaschutzinstrument darstellt. Mitte 2019 lag der Preis bei rund 28 € pro Tonne CO\(_2\)-Äquivalent (Umweltbundesamt, 2019).
 
5
Ohne staatliche Subventionen liegen die Stromgestehungskosten von Strom aus Kernkraft zwischen 118 $/MW und 192 $/MW. Für Windkraft zwischen 28 $/MW und 54 $/MW. Für Solarstrom zwischen 64 $/MW und 148 $/MW (Lazard, 2019, S. 2).
 
6
Die Menge an Speicherkapazität bezogen auf die gebundene thermische Energie, die für die Elektrifizierung benötigt wird.
 
7
Das Speicherwerk Goldisthal wurde 2003 nach sechsjähriger Bauzeit fertiggestellt. Bei vollständiger Befüllung des Oberbeckens wird eine Energiemenge von 8.5 GW h gespeichert. Das Wasservolumen reicht für 8 h im Erzeugungsbetrieb bei maximaler Leistung. Der Wirkungsgrad wird mit 80 % angegeben (BVES Bundesverband Energiespeicher, 2016, S. 1–2).
 
8
Die Huntorfer CAES-Anlage wurde 1978 als erstes Kraftwerk dieser Art mit einer Leistung von 290 MW fertiggestellt. Die Druckluft wird in zwei Salzkavernen (je ca. \({150\,000}\,{\textrm{m}{^{3}}}\) in einer Tiefe von ca. 700 m bei 50 bis 70 bar gespeichert (Crotogino, 2003, S. 6). Die Leistung wurde durch Modernisierung in 2006 auf 321 MW erhöht (Sterner und Stadler, 2019, S. 487), der Wirkungsgrad beträgt 54 %.
 
9
Anfang der 1990er Jahre wurde eine zweite CAES-Anlage in McIntosh, Alabama, USA in Betrieb genommen. Diese Anlage besitzt eine Kapazität von 110 MW elektrischer Leistung über einen Zeitraum von 26 h. Die Luft wird in einer einzigen Kaverne mit einem Volumen von \({538\,000}\,{\textrm{m}{^{3}}}\) gespeichert (Crotogino, 2003, S. 6).
 
10
Steag, Deutschlands fünftgrößter Stromerzeuger, hat bis Anfang 2017 sechs große Lithium-Batteriesysteme an deutschen Kraftwerksstandorten installiert. Jedes Großbatteriesystem besteht aus zehn Containern und kann 15 MW Leistung bereitstellen. Die Gesamtkapazität beträgt mehr als 120 MW h während die gesamte Investition etwa 100 € Mio. beträgt (Steag, 2020).
 
11
Zinc8 wirbt für ein regeneratives Zink-Luft-System, dessen Investitionskosten bei etwa 45 $/(kW h) liegen würden. Zusammen mit einer möglichen Betriebsdauer von 20000 h (Zinc8, 2020).
 
12
Seit 2014 verfügt das Photovoltaik-Kraftwerk Alt Daber bei Wittstock in Brandenburg über ein eigenes Batteriespeicherkraftwerk, das aus kostengünstigen Bleiakkumulatoren besteht. Dieses wurde zur Bereitstellung von Primärregelleistung zum schnellen Ausgleich der Netzfrequenz konzipiert und besitzt eine Speicherkapazität von ca. 2 MW h (Beck und Tim, 2015).
 
13
Ein VRF-Energiespeichersystem mit einer Speicherkapazität von 12 MW h und einer Leistung von 3 MW wird derzeit in Zaoyang, Hubei, China, gebaut. Dieser Speicher ist Teil eines größeren Systems zur Unterstützung von PV-Anlagen mit einer Endgröße von 10 MW und 40 MW h. Noch größere Anlagen mit 100 MW und 500 MW h sind in Hubei (Stover, 2018) geplant.
 
14
Die Universität Newcastle betreibt das erste netzweite Wärmepumpspeichersystem für thermische Energie. Es besitzt eine energetische Kapazität von 600 kW h und eine Leistungskapazität von 150 kW. Der Wirkungsgrad beträgt 60–65 % und das heiße Reservoir erhitzt sich auf 500 \( ^{\circ }\text {C}\), während das kalte Reservoir \(-\)106 \( ^{\circ }\text {C}\) erreicht (The Engineer, 2019).
 
15
Die größte Atmosphärendruck-AEL-Anlage arbeitet am Assuan-Staudamm in Ägypten, besitzt eine Leistungsaufnahme von 156 MW und produziert Wasserstoff mit einer Rate von \({33\,000}\,{\textrm{m}{^{3}}/\textrm{h}}\) (Sterner und Stadler, 2019, S. 354).
 
16
Der größte noch bestehende deutsche Gasometer in Oberhausen besitzt eine Höhe von 117.5 m, einen Durchmesser von 67.6 m und ein Speichervolumen von \({347\,000}\,{\textrm{m}{^{3}}}\). Die Anlage wurde im Jahr 2005 stillgelegt (Gasometer Oberhausen GmbH, 2021).
 
17
In Rüdersdorf bei Berlin wird in rund 1000 m Tiefe ein Kavernenspeicher im Salzgestein zur ausschließlichen Speicherung von Wasserstoff gebaut. Die Anlage dient der Erprobung der Wasserstoffspeicherung und hat eine Kapazität von \({500}\,{\textrm{m}{^{3}}}\) (EWE, 2020).
 
18
Im Falle eines Blackouts sind nur bestimmte Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke in der Lage, die Stromversorgung völlig eigenständig wiederherzustellen. Nur sie können den Strom produzieren, den andere versorgungsrelevante Kraftwerke zum Wiederanfahren benötigen (Next Kraftwerke GmbH, 2017).
 
19
Das Prinzip basiert auf dem hydraulischen Anheben einer großen Gesteinsmasse. Durch elektrische Pumpen, wie sie in Pumpspeicherwerke verwendet werden, wird Wasser unter einen beweglichen Felskolben gepumpt und hebt so die Felsmasse an. Durch das Absenken der Masse wird die Energie zurückgewonnen (Heindl Energy GmbH, 2018).
 
Literatur
Akhil Abbas A. u. a. (2016). DOE/EPRI Electricity Storage Handbook in Collaboration with NRECA. Albuquerque, New Mexico 87185 und Livermore, California 94550: Sandia National Laboratories. https://​www.​sandia.​gov.
Albrecht, Uwe (2013). Analyse der Kosten erneuerbarer Gase. Bochum: Ponte Press. isbn: 978-3-920328-65-2.
Ausfelder, Florian u. a. (2017). „Energy Storage as Part of a Secure Energy Supply“. In: ChemBioEng Reviews 4.3. issn: 21969744.
Awad, Ahmed S. A. u. a. (2014). „Impact of Energy Storage Systems on Electricity Market Equilibrium“. In: IEEE Transactions on Sustainable Energy 5.3. issn: 1949–3029, 1949–3037.
BDEW (2016). Bereitstellung von (System-) Dienstleistungen im Stromversorgungssystem: Beitrag von Energiespeichern. Berlin: BDEW Bundesverband der Energie-und Wasserwirtschaft e. V. https://​www.​bdew.​de (besucht am 2021-02-05).
Bogdanov, Dmitrii und Christian Breyer (2016). „North-East Asian Super Grid for 100 % renewable energy supply: Optimal mix of energy technologies for electricity, gas and heat supply options“. In: Energy Conversion and Management 112. issn: 01968904.
C.A.R.M.E.N. e. V. (2019). Marktübersicht Batteriespeicher 2019. Informatonsangebot. Straubing: Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk. https://​www.​carmen-ev.​de (besucht am 2020-04-21).
Cebulla, Felix (2017). „Storage demand in highly renewable energy scenarios for Europe : The influence of methodology and data assumptions in model-based assessments“. Diss. Stuttgart: Universität Stuttgart. XIV,223. https://​elib.​uni-stuttgart.​de (besucht am 2021-01-23).
Cebulla, Felix u. a. (2018). „How much electrical energy storage do we need? A synthesis for the U.S., Europe, and Germany“. In: Journal of Cleaner Production 181. issn: 09596526.
Cole, Wesley und Will Frazier (2019). Cost Projections for Utility-Scale Battery Storage. Technical Report. Denver: National Renewable Energy Laboratory. https://​www.​nrel.​gov (besucht am 2020-04-21).
Crotogino, Fritz (2003). Einsatz von Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerken beim Ausgleich fluktuierender Windenergie-Produktion mit aktuellem Strombedarf. Hannover: Kavernen Bau- und Betriebs-GmbH, a Schlumberger company. http://​www.​fze.​uni-saarland.​de (besucht am 2020-04-28).
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) (2014). Zusammenfassung der zentralen Ergebnisse der Studie „Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Stromversorgung mit hohem Anteil erneuerbarer Energien“ durch die Projektsteuergruppe. Technical Study. Berlin. https://​www.​dena.​de (besucht am 2020-03-27).
EEA (2020). Cross-border cooperation on renewable energy – European Environment Agency.
Giovinetto, Anna und Alex Eller (2019). Comparing the Costs of Long Duration Energy Storage Technologies. 1375 Walnut Street, Suite 100, Boulder, CO 80302 USA: Navigant Consulting, Ic. https://​www.​slenergystorage.​com (besucht am 2020-12-20).
Heard, B.P. u. a. (2017). „Burden of proof: A comprehensive review of the feasibility of 100 % renewable-electricity systems“. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 76. issn: 13640321. https://​linkinghub.​elsevier.​com (besucht am 2020-05-03).
Heide, Dominik u. a. (2010). „Seasonal optimal mix of wind and solar power in a future, highly renewable Europe“. In: Renewable Energy 35.11. issn: 09601481. https://​linkinghub.​elsevier.​com (besucht am 2020-01-12).
Howes, Jonathan (2012). „Concept and Development of a Pumped Heat Electricity Storage Device“. In: Proceedings of the IEEE 100.2. issn: 0018-9219. (besucht am 2020-12-28).
IEA (2019a). Electricity Information 2019. International Energy Agency Publications. 703 S. isbn: 978-92-64-986350.
IRENA (2019a). Future of Solar Photovoltaic: eployment, investment, technology, grid integration and socio-economic aspects (A Global Energy Transformation: paper). Abu Dhabi: International Renewable Energy Agency. https://​irena.​org (besucht am 2021-07-10).
IRENA (2019b). Future of wind: Deployment, investment, technology, grid integration and socio-economic aspects (A Global Energy Transformation paper). Abu Dhabi: International Renewable Energy Agency. https://​www.​irena.​org (besucht am 2021-07-10).
Jülch, Verena (2016). „Comparison of electricity storage options using levelized cost of storage (LCOS) method“. In: Applied Energy 183. issn: 03062619. (besucht am 2020-04-11).
Metz, Dennis und João Tomé Saraiva (2018). „Use of battery storage systems for price arbitrage operations in the 15- and 60-min German intraday markets“. In: Electric Power Systems Research 160. issn: 03787796.
Oertel, Dagmar (2008). Energiespeicher – Stand und Perspektiven. Berlin: Büro für Technikfolge – Abschätzung beim deutschen Bundestag. http://​www.​itas.​kit.​edu (besucht am 2020-04-28).
Olk, Christopher, Dirk Uwe Sauer und Michael Merten (2019). „Bidding strategy for a battery storage in the German secondary balancing power market“. In: Journal of Energy Storage 21. issn: 2352152X.
Panos, Konstantin (2017). Praxisbuch Energiewirtschaft: Energieumwandlung, -transport und -beschaffung, Übertragungsnetzausbau und Kernenergieausstieg. 4., aktualisierte Auflage. VDI-Buch. OCLC: 958467029. Berlin: Springer Vieweg. 572 S. isbn: 978-3-662-49822-4 978-3-662-49823-1.
Pape, Carsten u. a. (2014). Roadmap Speicher – Bestimmung des Speicherbedarfs in Deutschland im europäischen Kontext und Ableitung von technisch-ökonomischen sowie rechtlichen Handlungsempfehlungen für die Speicherförderung. Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, Institut für elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Stiftung Umweltenergierecht. https://​www.​fvee.​de (besucht am 2020-03-14).
Pleßmann, Guido u. a. (2014). „Global Energy Storage Demand for a 100 % Renewable Electricity Supply“. In: Energy Procedia 46. issn: 18766102.
Sánchez-Díez, Eduardo u. a. (2021). „Redox flow batteries: Status and perspective towards sustainable stationary energy storage“. In: Journal of Power Sources 481. issn: 03787753. https://​linkinghub.​elsevier.​com (besucht am 2020-12-27).
Schiffer, Hans-Wilhelm (2019). Energiemarkt Deutschland: Daten und Fakten zu konventionellen und erneuerbaren Energien. Wiesbaden: Springer Vieweg. 564 S. isbn: 978-3-658-23023-4.
Schill, Wolf-Peter und Alexander Zerrahn (2018). „Long-run power storage requirements for high shares of renewables: Results and sensitivities“. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 83. issn: 1364-0321.
Schmidt, Oliver u. a. (2019). „Projecting the Future Levelized Cost of Electricity Storage Technologies“. In: Joule 3.1. issn: 25424351.
Smallbone, Andrew u. a. (2017). „Levelised Cost of Storage for Pumped Heat Energy Storage in comparison with other energy storage technologies“. In: Energy Conversion and Management 152. issn: 01968904.
Sterner, Michael und Ingo Stadler (2019). Handbook of Energy Storage: Demand, Technologies, Integration. OCLC: 990782132. Berlin s.l: Springer Berlin. isbn: 978-3-662-55503-3, 978-3-662-55504-0.
Trainer, Ted (2017). „Some problems in storing renewable energy“. In: Energy Policy 110. issn: 03014215.
Viswanathan, Vilayanur u. a. (2014). „Cost and performance model for redox flow batteries“. In: Journal of Power Sources 247. issn: 0378-7753.
Weitemeyer, Stefan, David Kleinhans, Lars Siemer u. a. (2018). „Optimal combination of energy storages for prospective power supply systems based on Renewable Energy Sources“. In: Journal of Energy Storage 20. issn: 2352152X.
Weitemeyer, Stefan, David Kleinhans, Thomas Vogt u. a. (2015). „Integration of Renewable Energy Sources in future power systems: The role of storage“. In: Renewable Energy 75. issn: 09601481.
Zakeri, Behnam und Sanna Syri (2016). „Value of energy storage in the Nordic Power market – benefits from price arbitrage and ancillary services“. In: 2016 13th International Conference on the European Energy Market (EEM). 2016 13th International Conference on the European Energy Market (EEM). Porto, Portugal: IEEE. isbn: 978-1-5090-1298-5.
Zakeri, Behnam, Sanna Syri und Friedrich Wagner (2017). „Economics of energy storage in the German electricity and reserve markets“. In: 2017 14th International Conference on the European Energy Market (EEM). 2017 14th International Conference on the European Energy Market (EEM). Dresden, Germany: IEEE. isbn: 978-1-5090-5499-2.
Metadaten
Titel
Hintergrund
verfasst von
Nico Wehrle
Copyright-Jahr
2024
Buch
Die Kosten von erneuerbarer Stromerzeugung mit Energiespeicherung

Print ISBN: 978-3-658-44570-6

Electronic ISBN: 978-3-658-44571-3

Copyright-Jahr: 2024

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-44571-3_2