Die nächsten großen Chancen von Speicherlösungen für die Windenergie

Michael Tegtmeier

Die Kosten der Produktion von Windenergie und Solarenergie sanken in den letzten Jahren stetig. Ebenso sanken die Kosten von Speicherlösungen wie z.B. Li-Ionen Batterien weiter stetig. Dies führt zu einer sehr interessanten Fragen:

Welche Chancen bietet dieser Preistrend für die Kombination von Windenergieanlagen mit einer integrierten Speicherlösung ?


Kosten für die Windenergie

Kosten (LCOE) für Windenergie zwischen 1980 und 2009 für die Vereinigten Staaten und Europa (ausschließlich Förderungen). Quelle: LBNL/NREL

Kosten für Li-Ion Batterien

Investitionskosten für Li-Ion Batterie-Packs Quelle: Bloomberg New Energy Source

Anforderungen an Speicherlösungen

Anforderungen an Speicherlösungen 

Möchte man annehmen, dass der zukünftige Strommarkt hauptsächlich aus erneuerbar produzierten Energien besteht und die konventionellen Energieproduktionen die Minderheit sein werden, so folgt daraus, dass auch die Speicherkapazitäten des gesamten Strommarktes ansteigen müssen. Dies liegt z.B. an dem Umstand, dass Stromverbraucher nicht immer dann Strom verbrauchen, wenn es viele erneuerbare Energien am Strommarkt gibt. 

Nur wenn der ökonomische Wert eines Speichers am Strommarkt gegeben ist, so werden auch die Netzteilnehmer diese Speichersysteme bauen und dem Stromnetz zur Verfügung stellen.

Um genauer zu verstehen, welcher Bedarf an Speicherkapazitäten auftreten wird, muss man die zeitlichen Anwendungsgebiete von Speichern genauer analysieren.

Generell kann man die Speicher in verschiedene Nutzungsdauern einteilen:

  1. Millisekunden:         Neustart des Netzes

  2. Sekunden:                Frequenzregulation

  3. Minuten:                   Reserven

  4. Stunden:                   Peak Shaving

  5. 10-360 Stunden:     Wetterbedingte Schwankungen

  6. Monate:                    Saisonale Speicherung

Wir möchten uns der Einfachheit halber in diesem Artikel auf das Beispiel des Peak Shaving und die Wetterbedingten Schwankungen beschränken obwohl Li-Ion Batterien auch dazu genutzt werden können die Frequenz des Netzes zu regulieren.

Quelle: Stanford Webinar 

Duck Curve

Peak Shaving an der "Californian Duck Curve"

Die "Californian Duck Curve" ist ein gern genommenes Beispiel um das Problem von täglichen Schwankungen des Energieverbrauchs zu beschreiben. Die Kurve hat Ihren Namen aufgrund ihrer entenähnlichen Form zu verdanken. Morgens ist der Strombedarf aufgrund von vielen Menschen die gerade Aufstehen und Ihre Morgenroutine starten wesentlich höher.  Während der Stromverbrauch dann über den Tag hinaus leicht absinkt und schließlich Abends nach dem Feierabend wieder stark ansteigt.

Dieser Zyklus ist unglücklicherweise Antizyklisch zur Solarenergie, die in den Mittagsstunden am meisten Energie liefert. 

Die Windenergie ist an den meisten Standorten unabhängig von der Tageszeit sondern eher recht zufällig vom Wetter abhängig.

Zu den Mittagsstunden besteht also das Risiko einer Überproduktion von Strom wohingegen zu den Abendstunden ein Risiko der Unterproduktion besteht.

Diese Differenzen können über 10.000 MW betragen.


Stromverbrauch in Deutschland

Stromverbrauch in Deutschland

Auch in Deutschland ähnelt der Stromverbrauch im Tagesverlauf meistens der kalifornischen "Duck Curve".

Die hellblaue Fläche zeigt, wie zu diesen Zeiten Strom aus Pumpspeicherwerken in das Netzt gespeist wird, um dem aktuellen Strombedarf gerecht zu werden. 

Beginnend mit dem 26. Januar erkennt man auch eine erhöhte Produktion von Strom aus Wind (hellgrün). Dies führt dazu, dass die Stromproduktion aus Braunkohle und Steinkohle zurückgedrosselt wurde. 

Der Verlauf über einige Tage ist ein gutes Beispiel für die anspruchsvollen Anforderungen an das Netz aufgrund von erneuerbaren Energien, die leider nicht immer stetig zur Verfügung stehen.

Quelle

Stromverbrauch in Deutschland

Strompreis in Deutschland

Die oben beschriebene kurzzeitige Überproduktion aus Windenergie führt letztendlich zu einem Stromexport aus Deutschland (Negative Leistung) und gleichzeiteitig zu einem sinken des Strompreises in Deutschland (hellblaue Kurve) auf bis zu 0€/MW.

Auffällig sind auch die regelmäßigen Schwankungen des Strompreises zu den Morgens- und Abendszeiten.

Quelle

Chancen für die Windenergie



An einem subventionsfreien Strommarkt entsteht das Dilemma, dass der Strompreis meistens dann niedrig ist, wenn viel Wind weht.
 

Könnte man den Strom speichern und an den Zeiten wieder dem Netz zur Verfügung stellen, an denen der Bedarf besonders hoch ist und somit auch der Strompreis meistens hoch ist, so entstehen große ökonomische Potentiale. Eine Speicherung der Energie würde ebenso dazu führen, dass Windenergieanlagen weniger häufig durch Überlastungen des Netzes abgeschaltet werden müssen. 

An den obigen Beispielen erkennt man, dass in den Zeiten von hoher Stromproduktion durch Wind der Strompreis bis fast auf 0 €/MW sinkt. Würde man den Strom, anstelle ihn ins Netz einzuspeisen, speichern und an Tagen mit weniger Wind oder Tageszeiten mit höherem Bedarf wieder einspeisen, so würde der Speicher einen Verkauf des Stromes zu einem Preis um das bis zu 3 bis 150-fache ermöglichen.

Die Investitionskosten und Effizienzverluste eines Li-Ion Batteriespeichers würden an einem freien Strommarkt mit einer intelligenten Steuerung bei weitem Übertroffen werden.