Energiespeicher

Speicher sind ein wichtiger Baustein der Energiewende:
Die niedersächsische Landesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, die Energieversorgung schrittweise auf 100 Prozent erneuerbare Energiequellen umzustellen. Dabei muss die Energieversorgung bezahlbar und verlässlich bleiben. Damit die Versorgung rund um die Uhr gesichert ist, gilt es, Angebot und Nachfrage zu jedem Zeitpunkt deckungsgleich zu halten, was angesichts der Volatilität des erneuerbaren Stromangebots große Herausforderungen an die Energiewirtschaft stellt. Neben dem internationalen Stromaustausch, dem Ausbau des Stromnetzes, dem Erzeugungs- und Lastmanagement sowie der Einbeziehung des Wärme- und Mobilitätssektors, kommt der kurz- und langfristigen Speicherung von Energie eine Schlüsselrolle zu.

Es stehen unterschiedliche Technologien zur Verfügung, darunter solche, die schon seit Jahrzehnten großtechnisch genutzt werden, wie z. B. Pumpspeicherwerke und andere, die am Beginn einer großtechnischen Anwendung stehen, wie z. B. Wasserstoffspeicher. Die Entwicklung von Speichertechnologien wird nicht nur durch die Energiewirtschaft getrieben sondern in großem Maße auch durch die Automobilindustrie, so dass eine rasante Entwicklung im Bereich der Batteriespeicher zu beobachten ist.

Energiespeicher werden nach der gespeicherten (Haupt-) Energieform klassifiziert. Oft wird aber beim Auf- oder Entladen des Speichers eine davon abweichende Energieform verwendet. Beim Akkumulator wird beispielsweise elektrische Energie zugeführt; diese wird während des Aufladens in chemische Energie umgewandelt:

Thermische Energie: Wärmespeicher, Fernwärmespeicher, Thermochemische Wärmespeicher, Latentwärmespeicher

Chemische Energie:
anorganisch: galvanische Zelle (Akkumulator, Batterie), Redox-Flow-Batterie, Wasserstoff, Batterie-Speicherkraftwerk
organisch: ADP, ATP, AMP, Glykogen, Kohlenhydrate, Fette, Chemische Wasserstoffspeicher

Mechanische Energie:
Kinetische Energie (Bewegungsenergie): Schwungrad bzw. Schwungradspeicher
Potentielle Energie (Lageenergie): Feder, Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicherkraftwerk, Hubspeicherkraftwerk

Elektrische Energie: Kondensator, Supraleitender magnetischer Energiespeicher
Elektrische Energie kann man nur schwer direkt speichern, nämlich nur in Kondensatoren oder supraleitenden Spulen.

Die der Energiewirtschaft in Niedersachsen derzeit zur Verfügung stehenden Speicher sind im Wesentlichen nur das vorhandene Pumpspeicherwerk Erzhausen und das Druckluftspeicherkraftwerk in Huntorf. Das Pumpspeicherwerk Erzhausen in Einbeck, Landkreis Northeim, wurde 1963 in Betrieb genommen. Die Nennleistung von 220 MW wird von vier Maschinensätzen erzeugt. Die potentielle Energie der Wasserreserven des Oberbeckens reichen für über vier Stunden Stromproduktion. Das Kraftwerk Huntorf ist ein kombiniertes Druckluftspeicher- und Gasturbinenkraftwerk in Huntorf bei Elsfleth. Das Kraftwerk war bei seiner Inbetriebnahme 1978 das erste kommerziell genutzte Druckluftspeicherkraftwerk der Welt. Es hat eine Leistung von 321 MW. Diese Leistung kann über zwei Stunden abgegeben werden.

Weitere, bereits existierende Speicher sind im Wesentlichen Batteriespeicher im Bereich der Notstromversorgung und der unterbrechungsfreien Stromversorgung.

Hinzu kommt eine stetig wachsende Zahl von Solarstromspeichern. Bereits jede dritte neue Photovoltaik-Heimanlage wird inzwischen mit einem Solarstromspeicher kombiniert. Bis Ende 2015 wurden deutschlandweit circa 34.000 Solarstromspeicher installiert. Von diesen Speichern wurden ca. 19.000 Speicher durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) staatlich gefördert. 2015 lag Niedersachen mit 2.192 installierten, staatlich geförderten PV-Speichern im Bundesvergleich auf dem vierten Platz. Lediglich die bevölkerungs- und sonnenreichsten Bundesländer Bayern, Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen hatten mehr PV-Speicher am Netz. Die durchschnittliche nutzbare Kapazität dieser PV-Speicher liegt deutschlandweit bei 6,0 Kilowattstunden (kWh), in Niedersachsen bei 5,9 kWh (Quelle: Speichermonitoring 2016, RWTH Aachen).

Die Landesregierung hat zur Ermittlung von Potenzialen für Groß-Speicher in Niedersachsen die Erstellung eines Entwicklungskonzeptes Energiespeicher in Niedersachsen in Auftrag gegeben.Ziel des „Entwicklungskonzepts Energiespeicher in Niedersachsen“ war es, Technologien zu analysieren, die das Potenzial haben die Energie im Netzmaßstab mechanisch und chemisch zu speichern. Zu untersuchen waren hier ausschließlich Groß-Technologien, die für eine zentrale Energiespeicherung geeignet sind. Hierbei sollten sowohl über- als auch untertägige Speichertechnologien beleuchtet werden.

1. Potential für oberirdische Pumpspeicherwerke

Neben Kriterien, die das Potential der Umsetzung beschreiben (potentielle Leistung, Fallhöhe, Volllastbetriebsstunden, Verhältnis der Fallhöhe und Entfernung der Becken, Beckenvolumen etc.) wurden auch Kriterien betrachtet, welche eine Realisierung ausschließen (FFH-Gebiete, SPA-Gebiete, bewohnte Flächen, ungeeignete Geologie, Gewässer 1. und 2.Ordnung etc.). Werden nur die 10 wirtschaftlichsten Standorte betrachtet, so liegt das entsprechende Potential für Pumpspeicherwerke in Niedersachsen bei 3,8 GW und 19,2 GWh.

2. Potential für untertägige Energiespeicherung in Druckluft- und Wasserstoffspeichern

Laut Studie ist in Niedersachsen ein Potenzial für Druckluftspeicherkraftwerke von 530 GWh vorhanden. Bei der Nutzung adiabater Druckluftspeicherkraftwerke wäre alternativ eine Kapazität von 370 GWh erreichbar.

In Niedersachsen werden derzeit acht bestehende Erdgaskavernenspeicheranlagen mit 79 Kavernen betrieben. Aufgrund der günstigen geologischen Rahmenbedingungen des Landes Niedersachsen, ist davon auszugehen, dass selbst unter Annahme konservativer Rahmenbedingungen ein sehr hohes Potential für neue Kavernen besteht.

3. Potential für Wasserstoffspeicher in der bestehenden Erdgasinfrastruktur:

Eine direkte Einspeisung von Wasserstoff in das niedersächsische Erdgasnetz ist möglich. Jedoch ist dies mit Einschränkungen (derzeit 2 Vol.-% Grenze) und zusätzlichen Kosten verbunden. Es ist eine Anpassung der Mess- und Regelungstechnik erforderlich. Das Erdgasnetz in Niedersachsen ist mit den Erdgasnetzen der Nachbarbundesländer sowie weiteren angrenzenden Ländern verknüpft. Die Wasserstoff- Einspeisung in das Erdgasnetz ist deshalb eine Fragestellung, die auf nationaler bzw. europäischer Ebene zu lösen ist.
Die Einspeisung von methanisiertem Wasserstoff (E-Methan) in das Erdgasnetz unterliegt zunächst keinen Grenzen. Jedoch ist die Aufnahme- und Transportkapazität des Netzes zu beachten.

Das nach heutigem Stand berechnete Einspeisepotential für Wasserstoff beläuft sich auf 3,0 TWh, die entsprechende Leistung wird mit rd. 391 MWh/h angegeben. Erfolgt eine Methanisierung des Wasserstoffes beträgt die einspeisbare Leistung rd. 58.600 MWh/h und das Potential 456 TWh.

Für die Speicherung von Wasserstoff bzw. Druckluft in porösen Untergrundstrukturen besteht dagegen kein Potential. Wichtige Punkte hierbei sind die Gefahr einer möglichen Reaktion von Wasserstoff mit verschiedenen Mineralbestandteilen innerhalb des Trägergesteins sowie Reaktionen mit Mikroorganismen.

Die technische Machbarkeit auf Basis der in der Studie untersuchten Kriterien ist für alle beleuchteten Speichertechnologien (Pumpspeicher, adiabate Druckluftspeicher und Wasserstoff-Speicher) in Niedersachsen gegeben. Die wirtschaftliche Machbarkeit ist dagegen kritisch zu bewerten. Dies ist weniger auf die Situation in Niedersachsen als mehr auf die Situation insgesamt in Deutschland zu beziehen. Auf Basis des heutigen Strommarktdesigns in Deutschland ist eine wirtschaftliche Machbarkeit für Speichersysteme nicht oder nur äußerst schwer darstellbar.

Um die Bedeutung des Themas "Energie-Speicher" für Niedersachsen zu unterstreichen hat die landeseigene Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen GmbH (KEAN) seit dem 01.01.2016 den Bereich "Speichersysteme und andere Flexibilitätsoptionen zur dezentralen Energieversorgung / Haus-Energie-Speicher" in ihr Aufgabenfeld übernommen.

Die KEAN versteht sich als Kompetenzzentrum in den Bereichen Energieeinsparung, Energieeffizienz und den Einsatz erneuerbarer Energien insbesondere im Gebäudebestand. Sie hat die Aufgabe, den Klimaschutz in Niedersachsen weiter voranzutreiben. Dazu muss es gelingen, den Kohlendioxid-Ausstoß deutlich zu senken.

Elektrochemische Speicher wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien oder Redox Flow-Speicher können Strom aus Erneuerbaren Energien speichern und zu einer späteren Zeit entweder ins Netz oder direkt an den Verbraucher abgeben. So kann der Eigenverbrauch bei Wohnhäusern, kommunalen Liegenschaften oder Betrieben erhöht und das Netz entlastet werden. Weiterhin wird in Zeiten niedrigen EE-Aufkommens weniger klimaschädlicher Kohlestrom für die elektrischen Verbraucher bezogen. Die KEAN wird niedersächsische Akteure daher regelmäßig darüber informieren, in welchem Kontext sich Speicher anbieten, und welche Fördermöglichkeiten es für die Anschaffung von Speichersystemen gibt.

Neben den elektrochemischen Speichern können auch Brennstoffzellenheizgeräte und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten, denn sie erzeugen in einem hocheffizienten Verfahren sowohl Strom als auch Wärme. Hierdurch kann der eingesetzte Brennstoff sehr viel effizienter genutzt werden als bei der herkömmlichen Erzeugung in getrennten Anlagen. Smart Metering sowie intelligente Energiemanagementsysteme unterstützen die Anwender, indem sie einen Überblick über den tatsächlichen Energieverbrauch bieten und Einsparpotenziale aufzeigen.

Die KEAN bietet seit dem 01.01.2016 zu den oben genannten Themen Informationen, Veranstaltungen, Fortbildungen und Kooperationen an und führt somit die Arbeit der 2012 vom Niedersächsischen Ministerium für Umwelt, Energie und Klimaschutz sowie dem Niedersächsischen Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr ins Leben gerufenen Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen fort.