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Speicher als Bausteine für eine erneuerbare Energiezukunft

30. September 2013, 00:00
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Um die wachsende fluktuierende Einspeisung aus Wind- und Photovoltaik-Anlagen auch in Zukunft bewältigen zu können, werden dezentrale Kleinspeicher an Bedeutung gewinnen.

Die Förderpolitik in Deutschland und Österreich hat zu einem rasanten Ausbau der Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen geführt. Hier stellt vor allem der hohe Anteil fluktuierender Einspeisung eine große Herausforderung für das Energiesystem dar. Neben dem Netzausbau ist die Flexibilisierung von Erzeugungs- und Nachfrageseite einer der wesentlichen Ansätze, um den Anforderungen des veränderten Markts zu begegnen. Speicher können einen wichtigen Beitrag zu einer solchen Flexibilisierung leisten. Durch ihre Flexibilität sowohl im Bezug als auch in der Einspeisung erfüllen sie technisch wie auch ökonomisch wichtige Funktionen im Versorgungssystem. Aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit können sie Systemdienstleistungen zur Stabilisierung der Netze bereitstellen und wirken durch ihre Teilnahme am Strommarkt Preisschwankungen entgegen.

Die Wirkungsweise eines Speichers lässt sich anhand seiner Betriebsweise am Strommarkt verdeutlichen. Abb. 1 veranschaulicht die Grundlagen der Preisbildung am Spotmarkt für Stundenkontrakte. Der Preis ergibt sich durch den Schnittpunkt der Angebotskurve, die durch die Grenzkosten der Erzeugungskraftwerke gebildet wird, mit der Nachfragekurve. Die Staffelung auf der Angebotskurve (Merit-Order) ergibt sich aus den Grenzkosten (Brennstoff- und CO₂-Kosten) der Erzeugerkraftwerke. Aufgrund der Schwankung der Nachfrage stellen sich im Tagesverlauf unterschiedliche Preise ein. In Zeiten hoher Nachfrage (Peak) sind die Preise höher als in Zeiten geringer Nachfrage (Off-Peak). Auch die Einspeisung der fluktuierenden Erneuerbaren Wind und PV beeinflusst die Preisentwicklung. Diese haben keine Brennstoff- und CO₂-Kosten und somit Grenzkosten nahe Null und reihen sich in der Angebotskurve dementsprechend ganz links ein. Je nach deren Dargebot verschieben sie diese, womit es zu entsprechenden Preisschwankungen kommt (siehe Abb. 2). Speicher wirken solchen Preisschwankungen entgegen, indem sie in Zeiten geringer Nachfrage und entsprechend niedriger Preise Strom speichern und somit die Nachfrage am Markt erhöhen und in Zeiten hoher Nachfrage – bei entsprechend hohen Preisen – das Angebot erhöhen (siehe Abb. 1).

Unterteilung in zentrale und dezentrale Speicher

Zentrale Speicher sind Anlagen mit hohen Leistungen, vergleichbar denen konventioneller Großkraftwerke. Sie sind üblicherweise an die Hoch- und Höchstspannungsnetze angeschlossen und können so überregional wirken. Je nach eingesetzter Technologie können Speicher zusätzlich zu Spotmärkten auch an Märkten für Systemdienstleistungen zur Sicherung der Netzstabilität teilnehmen. Die aktuell bedeutendste Technologie für zentrale Großspeicher sind Pumpspeicher. In Österreich und Deutschland sind zusammengenommen Pumpspeicher mit einer Leistung von mehr als 11 GW installiert und leisten damit einen zentralen Beitrag zur Stabilität des Netzbetriebs und zur effizienten Preisbildung an den Spotmärkten. 

Dezentrale Stromspeicher sind Anlagen, die sich auf Verteilnetzebene – üblicherweise nahe am Endverbrauch – befinden. Ihre Auslegung richtet sich nach dem Anforderungsprofil des Verbrauchers. Solche Speicher können unterschiedliche Aufgaben erfüllen. So können sie zur Versorgung von Inselnetzen dienen oder auch Notstromfunktionen erfüllen. In den vergangenen Jahren hat sich jedoch die Erhöhung des Eigenverbrauchs bei PV-Anlagen als wichtigstes Einsatzmotiv dezentraler Speicher herauskristallisiert. Bei gebäudeintegrierten PV-Anlagen kann nur ein Teil des erzeugten Stroms tatsächlich im Gebäude genutzt werden (siehe Abb. 3). Bei Privathaushalten liegt dieser Anteil üblicherweise bei 20-30% der erzeugten Energie. Der Rest wird als Überschuss ins Netz eingespeist. Da die Bezugstarife aufgrund von Steuern und Netzgebühren üblicherweise deutlich höher sind als die Vergütung (Österreich: ca. 17-20 ct/kWh gegenüber 4-15 ct/kWh), wird versucht, so viel PV-Strom wie möglich selbst zu verbrauchen. Mit einem Stromspeicher kann der Eigenverbrauchsanteil deutlich erhöht werden. Dafür werden heute überwiegend Akkumulatoren eingesetzt. Abb. 3 veranschaulicht die Arbeitsweise eines Speichers in Kombination mit einer PV-Anlage. Durch die Ergänzung mit einem Speicher können auch Verbrauchsspitzen außerhalb der Erzeugungsstunden der PV-Anlage durch selbst erzeugten Strom abgedeckt werden.

oekostrom betreibt seit Monaten Versuchsanlagen, um die Vorteile und Möglichkeiten von Speichersystemen zu untersuchen und deren Zuverlässigkeit und Sicherheit im Praxisbetrieb zu testen. Nach Abschluss der Testphase werden wir unseren Kunden ein Produkt anbieten, das sich durch hervorragende Qualität und hohe Flexibilität auszeichnet. Damit wird es sowohl zur Nachrüstung bestehender PV-Anlagen als auch für Neuanlagen einsetzbar sein.

Wichtiger Beitrag zur Integration der Erneuerbaren

Der wirtschaftliche Anreiz für die Installation eines dezentralen Stromspeichers sowie die Preisdifferenz zwischen Bezug und Einspeisung sind derzeit bei Speichern kein marktinduziertes Signal, sondern ergeben sich einzig aus der gesetzlichen Regelung der Steuern und Gebühren für Bezug und Einspeisung. Bei konstanten Bezugs- und Einspeisetarifen, so wie sie heute in Österreich angewandt werden, wird kein Anreiz geliefert den Betrieb des Speichers nach dem Strommarkt auszurichten. Damit wird das Potential dezentraler Speicher, preisdämpfend auf den Spotmarkt zu wirken, derzeit noch nicht genutzt. Dieses Potential kann in Zukunft erschlossen werden, wenn die Preissignale vom Spotmarkt an den Verbraucher weitergegeben werden können. So werden Anreize geschaffen den Betrieb der dezentralen Speicher nach diesen Preisen auszurichten. Ein erster Schritt in diese Richtung wären variable Tarife für Bezug und Einspeisung. Voraussetzung dafür ist jedoch der Einsatz moderner Messgeräte, sogenannter Smart-Meter, mit denen Verbrauch und Einspeisung viertelstundengenau erfasst und diese Verbrauchsinformation elektronisch weitergegeben werden können. Gelingt es die technischen und regulatorischen Voraussetzungen zu erfüllen, können in Zukunft auch dezentrale Speicher einen wichtigen Beitrag zur Integration erneuerbarer Stromerzeugung liefern.

DI Dr. Maximilian Kloess studierte Wirtschaftsingenieurwesen-Maschinenbau an der TU Wien. Als Universitätsassistent an der Energy Economics Group der TU Wien forschte er auf den Gebieten Elektromobilität, Strommärkte und Speicher.  Seit 2012 arbeitet er bei oekostrom in der Abteilung Energiewirtschaft.

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    foto: mosch design
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