Energiespeicher

Die Stromerzeugung aus Wind und Sonne lässt sich im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken nicht zeitlich bedarfsgerecht planen und ist zum Teil starken Schwankungen unterworfen. Für den Ausgleich dieser Schwankungen sind zusätzliche Flexibilisierungsoptionen notwendig, um eine stabile und zuverlässige elektrische Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energieträger gewährleisten zu können. Zu diesen Optionen zählen neben der bedarfsgerechten Fahrweise von Energieerzeugungsanlagen, dem Ausbau und der Optimierung der Stromnetze sowie der intelligenten Steuerung der Nachfrage (Demand-Site-Management) auch der Ausbau von Speicherkapazitäten. Dabei werden folgende Anforderungen an Speicher gestellt:

  • geringe Kosten,
  • hohe Wirkungsgrade,
  • hohe Verfügbarkeit sowie
  • massenhafter Einsatz 

Die meisten Speicherverfahren wie Elektrolyse, Methanisierung (Power-to-Gas bzw. Gas-to-Power) oder Hochtemperatur-Wärmespeicher (Keramik) sind noch zu teuer bzw. unausgereift, befinden sich weltweit fast ausschließlich noch im Forschungs- und Erprobungsstadium. Deshalb gilt es, neuen Technologien zur Marktreife zu verhelfen und sie durch gezielte Forschung zu unterstützen.

Daneben sind die Rahmenbedingungen für bewährte und etablierte Speichertechnologien weiter zu verbessern. Pumpspeicherkraftwerke stellen derzeit die einzige Lösung dar, um elektrische Energie in einem großen Leistungsbereich bei gleichzeitig niedrigen Stromgestehungskosten mit einem guten Speicherwirkungsgrad (70-80%) zu speichern.

Die Energiestrategie der Landesregierung sieht vor, die Forschungsanstrengungen in neue Speichertechnologien deutlich zu intensivieren. In diesem Zusammenhang entstand z.B. das Zentrum Energie und Umwelt-Chemie (CEEC) in Jena, das gemeinsam von der FSU Jena und dem Fraunhofer Institut in Hermsdorf (IKTS) getragen wird. Im CEEC Jena sollen keramische oder polymere Materialien für die Energiespeicherung, -Erzeugung und für Umwelttechnologien entwickelt und entsprechende Prototypen gebaut werden.

Auch weitere FuE-Aktivitäten in Thüringen zielen auf die Entwicklung und Markterprobung von Technologien für Wasserstoff- und/oder Methanherstellung aus Photovoltaik- und Wind-Strom ab.

Pumpspeicher

Pumpspeicherwerke (PSW) sind Spitzenlastkraftwerke, die Unterschiede zwischen Energiebereitstellung und Energiebedarf ausgleichen und auf diese Weise die Energieversorgung sicherstellen können. PSW zeichnen sich durch einen hohen technologischen Entwicklungsstand und guten Wirkungsgrad aus. Sie sind dazu geeignet, einen Teil der Flexibilitätsanforderungen im Stromsystem über einige Stunden hinweg abzudecken. Aufgrund Ihrer schnellen Reaktionszeit von weniger als 30 Sekunden eignen sie sich besonders, schnell für die notwendige Netzstabilität zu sorgen und Abweichungen in der Prognose der Wind- und Sonnenstromerzeugung zu korrigieren.

In Deutschland gibt es derzeit 31 Pumpspeicherkraftwerke, das größte mit einer Leistung von 1,06 GW im thüringischen Goldisthal.

Übersicht über die Thüringer Pumpspeicherkraftwerke (2011):

Standort

Elektrische Leistung

PSW Goldisthal

1.060 MW

PSW Hohenwarthe I

     63 MW

PSW Hohenwarthe II

   320 MW

PSW Bleiloch

     80 MW

 

Vor dem Hintergrund der Notwendigkeit des Ausbaus von Speicherkapazitäten für elektrische Energie wurden im Auftrag der Thüringer Landesregierung  geeignete Standorte und Möglichkeiten zur Errichtung von neuen Pumpspeicherkraftwerken im Rahmen der Studie „Pumpspeicherkataster Thüringen“ untersucht.

Ergebnis: 

  • Potenzial an zehn neuen Standorten sowie
  • Potenzial für den Ausbau von drei bestehenden Talsperren
  • Leistung der zehn potenziellen neuen Anlagen 4,8 GW (gesamtes Arbeitsvermögen aller zehn potenziellen neuen Anlagen 38,7 GWh)
  • Leistungspotenzial zusammen mit den drei bestehenden Talsperren 5,5 GW

 

Power-to-Gas-Technologie (PtG)

Die PtG-Technologie ist ein vielversprechender Ansatz zur Speicherung von regenerativen Energien über lange Zeiträume. Nicht nur, weil sie mit dem 400.000 Kilometer umfassenden Gasleitungsnetz nahezu unbegrenzte Speicherkapazitäten bietet, sondern zudem mit dem Strom-und Gasnetz zwei Systeme intelligent miteinander verbindet. So kann perspektivisch eine Unterversorgung in dem einem Netz durch das andere ausgeglichen werden – eine ideale Lösung, um Versorgungsausfälle zu verhindern.

Wie die nachfolgende Abbildung veranschaulicht, existieren grundsätzlich drei Konversationspfade für PtG-Anwendungen.

Mit Biogas erneuerbaren Strom im Gasnetz speichern
Abbildung: Konversationspfade für Biogas; Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien

Gelingt es, die PtG-Technologie wirtschaftlich tragfähig und marktfähig zu machen, können Biogasanlagen perspektivisch zu sehr wirkungsvollen Energiespeichern weiterentwickelt werden, die Überschussenergie effektiv im Gasnetz speichern. Das Methangas ist vielfältig nutzbar und kann zur Wärme und Stromerzeugung oder als Biokraftstoff für Erdgasfahrzeuge verwendet werden. Dabei ist vorteilhaft, dass die Gasinfrastruktur bereits vorhanden und die Gasnutzungstechnik erprobt ist und existiert.

Weitere Informationen zu PtG sind auf der Webseite der Strategieplattform Power to Gas abrufbar.

Die Länder Hessen und Thüringen unterstützen gemeinsam die Forschung des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) zur Speicherung regenerativer Energien in Form von erneuerbarem Methan.

Das wurde bisher erreicht:

Der von Hessen und Thüringen verfolgte Ansatz der Direktmethanisierung von Biogas nimmt innerhalb der PtG-Technologie eine vielversprechende Stellung ein. Die Direktmethanisierung von Biogas - ohne vorherige Abscheidung des CO2- wurde in dem gemeinsam von Hessen, Thüringen und der Fraunhofer Gesellschaft finanzierten Vorhaben untersucht. Mit Hilfe einer Methanisierungsanlage auf Basis eines Festbettreaktors wurde erstmalig die technische Machbarkeit der direkten Methanisierung von Biogas ohne vorherige Abtrennung des CO2 experimentell nachgewiesen. In einem Zeitraum von Oktober 2012 bis Februar 2013 wurde Biogas aus der Versuchsanlage des IWES mit Wasserstoff aus dem Elektrolyseur der PtG-Anlage methanisiert. Auf Basis der erzielten positiven Ergebnisse hat das Fraunhofer IWES eine Roadmap für die zügige Fortführung des Ansatzes entwickelt. Diese sieht vor, ein für den dynamischen Betrieb an Biogasanlagen geeignetes Methanisierungsverfahren schrittweise vom Labor, über den experimentellen Versuch im niederskaligen Bereich bis zu Pilotanlagen im kommerziellen Maßstab weiterzuentwickeln.

Die Besonderheit dieses Projektes ist sein Alleinstellungsmerkmal im Bereich der Direktmethanisierung und die Vorentwicklung zur Kommerzialisierung und Automatisierung der Biogasaufbereitung. Das Projekt leistet eine systematische, schrittweise Einwicklung und Skalierung der Technologie vom Labor bis zur Realanlage.

Wegweiser

Aktionen

Thueringen Monitor Klein www.bildungsfreistellung.de Kampagne Wegweiser Wir sind Energie-Gewinner.

Beliebte Seiten

Serviceportal – Bürger

Services im Zuständigkeitsfinder suchen

Serviceportal – Unternehmen

Services im Zuständigkeitsfinder suchen

Serviceportal – Weitere

Services im Zuständigkeitsfinder suchen

Servicebereich

Publikationen