Zukunft der Energieversorgung Speicher für die Energiewende

Versorgungssicherheit im europäischen Kontext

Durch den Aus- und Neubau des internationalen Verbundnetzes zu einem „europäischen Supergrid“ wäre es möglich, die verstärkt fluktuierende Stromproduktion Bayerns zu verstetigen und damit den Speicherbedarf zu minimieren. Umsetzen ließe sich dies mit der HGÜ-Technik (Hochspannungsgleichstromübertragung), mit der sich regional weit entfernte Gebiete miteinander verbinden lassen. Aufgrund des hohen Spannungsniveaus treten dabei geringere Verluste auf, als es bei Stromspeichern der Fall ist. Der Forschungsschwerpunkt liegt bei diesem Konzept aktuell darauf, ein vermaschtes System mit der HGÜ-Technik zu realisieren. Bisher konnte die Technik nur als Punkt- zu-Punkt-Verbindung eingesetzt werden.

Gegen eine zeitnahe Umsetzung dieses Konzepts spricht jedoch aktuell nicht nur die technische Komponente. Die politische Motivation zur Mitwirkung an einem solch umfangreichen Projekt ist auf europäischer Ebene abhängig von der vorherrschenden Erzeugungsstruktur jedes einzelnen Mitgliedsstaates. Länder, die einen hohen Anteil Erneuerbarer Energien an der Gesamtproduktion aufweisen, sind daher eher an einer derartigen Lösung interessiert als jene, deren Erzeugungsmix noch stark von konventionellen Energieträgern dominiert wird. Zusätzlich ist seitens der Bevölkerung ein großer Widerstand gegen einen massiven Leitungsausbau zu erwarten, was die Gefahr eines sehr zeit- und kostenintensiven Genehmigungsverfahrens birgt.

Systemdienstleistungen – zentral oder dezentral?

Unter Systemdienstleistungen versteht man in der Elektrizitätsversorgung die für die Funktionstüchtigkeit der Netze unbedingt erforderlichen Leistungen, die die Netzbetreiber für einen sicheren und stabilen Betrieb der Netze zusätzlich zu ihrer Übertragungs- und Verteilungsaufgabe erbringen. Sie dienen der Frequenzhaltung, der Spannungshaltung, dem Versorgungswiederaufbau und der Betriebsführung [7]. Die einzelnen Instrumente der Systemdienstleistungen sollen hier jedoch nicht näher beschrieben werden [8]. Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang jedoch, dass diese traditionell von zentralen konventionellen Kraftwerken erbracht werden. Mit dem steigenden Anteil der EE an der Stromversorgung steigen somit auch die systemtechnischen Anforderungen zur Erhaltung der Systemstabilität, weshalb EE-Anlagen bereits heute Systemdienstleistungen übernehmen müssen. Zukünftige Modellierungen werden aufzuzeigen haben, ob durch die Zentralisierung von Systemdienstleistungen die Kosten insgesamt reduziert werden können und ob Speicher die Dienstleistungen kostengünstiger bereitstellen können.

Als besonders vielversprechend gilt das Power-to-Gas-Konzept (PtG). Es sieht vor, die überschüssige elektrische Energie aus regenerativen Quellen in einen gasförmigen Energieträger umzuwandeln. Mit dem chemischen Prozess der Wasserelektrolyse wird aus dem Strom Wasserstoff (H2) erzeugt. Bei Bedarf und unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO2) kann der Wasserstoff in einem nachgeschalteten Prozess, der Methanisierung, zu synthetischem Erdgas (SNG = Substitute Natural Gas) konvertiert werden. Die Umwandlung zu SNG hat dabei den Vorteil, dass dieses uneingeschränkt im Erdgasnetz gespeichert werden kann, da das Synthesegas ähnliche brenntechnische Eigenschaften wie herkömmliches Erdgas besitzt. Im Gegensatz zum Stromnetz verfügt das Erdgasnetz über ein hohes Potenzial zur Speicherung großer Energiemengen. Das deutsche Erdgasnetz besitzt aufgrund der umfangreichen Infrastruktur und der bestehenden Gasspeicher eine Kapazität von über 200 Mrd. kWh (Stromerzeugung in Deutschland 2016 insgesamt ca. 648 Mrd. kWh), was dem Verbrauch mehrerer Monate in Deutschland entspricht. Es könnten daher nicht nur Tagesschwankungen und wochenlange Flauten, sondern auch monatelange saisonale Schwankungen ausgeglichen werden.

Da es sich bei SNG also nicht um einen neuen Energieträger handelt, sondern dieser durch PtG nur anders beschafft wird, kann man auf jahrzehntelange Erfahrungen im Umgang mit Methan (Erdgas) zurückgreifen. Dies hat unter anderem zur Folge, dass bereits zuverlässige Technik und eine funktionierende Infrastruktur vorhanden sind.

Neben der Speicherung und Rückverstromung der Gase sind auch weitere Nutzungspfade mit dieser Technologie möglich, welche die direkte Verwendung des erzeugten Wasserstoffs vorsehen.

 

Literatur

[1] Energiekonzept der Bundesregierung, abgerufen am 20.4.2017 um 21:39 Uhr.
[2] Prof. Stefan-Alexander Arlt: »Power-to-Gas (PtG) – Eine Lösung für kleine und mittelgroße Städte?«, GWF Erdgas 156 (2015) Nr. 7, 474–480.
[3] Thesenpapier des BDEW, Seite 4ff, abgerufen am 20.4.2017 um 21:40 Uhr.
[4] Energieatlas Bayern, abgerufen am 20.4.2017 um 22:07 Uhr.
[5] Bayerisches Energiekonzept, Seite 76, abgerufen am 20.4.2017 um 22:27 Uhr.
[6] Erschließung von Flexibiliätsoptionen und deren Einordnung, abgerufen am 20.4.2017 um 22:33 Uhr.
[7] TransmissionCode 2007, abgerufen am 20.4.2017 um 22:38 Uhr.
[8] dena Studie Systemdienstleistungen 2030, abgerufen am 20.4.2017 um 22:43 Uhr.

 

Der Autor

Prof. Dr. rer. nat. Stefan-Alexander Arlt

war vor Übernahme seiner Professur für Energietechnik und der Studiengangsleitung (berufsbegleitender) Master Prozessmanagement und Ressourceneffizienz an der Hochschule Landshut viele Jahre in Führungs- und Geschäftsführungspositionen in Deutschland und im Ausland tätig. Thematische Schwerpunkte seiner Arbeit sind die ingenieurnahe Physik, der petrochemische Bereich und die Energiebranche.