www.energieland.hessen.de

Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

Faktenpapier Speicher in der EnergiewendeBürgerforum Energieland Hessen

Inhalt

1 DasBürgerforumEnergielandHessen ..........................4

2 DiewichtigstenErkenntnissedes Faktenchecks auf einen Blick ...................................................5

3 DerFaktencheckSpeicher in der Energiewende ........................................................63.1DieExperten.................................................................................................................8

3.2DiePraxisbeispiele......................................................................................................9

4 Stromspeicher in der Energiewende ............................ 11

4.1MüssenwirdenAusbauvonSpeichernschonheuteverstärktangehen?..............................................................................14

4.2SolltenwirdenAusbauvonSpeichernundStromnetzparallelvorantreiben?.................................................................... 16

4.3StehentechnischausgereifteSpeicher-technologienzurVerfügung?...................................................................................17

4.4KönnenStromspeicherheuteschonwirtschaftlichbetriebenwerden?............................................................................20

4.5WerdengenugAnreizezurEntwicklungvonSpeichertechnologiengesetzt?.........................................................................21

5 Sektorkopplungund Power-to-X-Technologien...............................................235.1WassinddiewichtigstenAnwendungsfälle

fürPtX-Technologien?............................................................................................... 27

5.2LohntsichderEinsatzvonPtX-Technologienbereitsheute?........................................................................................................... 30

5.3WiekanndieSektorkopplunginDeutschlandzügigumgesetztwerden?........................................................................................ 33

6 SpeichertechnologieninderPraxis .............................35

6.1Anwendernetzwerksolbat–GeschäftsmodelleimBereichSpeichertechnologien...........................................................................36

6.2Power-to-Gas-DemonstrationsanlageAllendorf(Eder)........................................38

6.3Power-to-Gas-AnlageHamburg-Reitbrook........................................................... 40

6.4SWIVT:SiedlungsbausteinefürbestehendeWohnquartiere–ImpulsezurVernetzungenergieeffizienterTechnologien..............................................................................42

6.5Schwarmbatterie........................................................................................................44

6.6Strombank–innovativesBetreibermodellfürQuartierspeicher..................................................................................................46

6.7FlexibilisierungamBeispielBioenergiedorfJühnde...........................................48

7 ZumWeiterlesen .............................................................50

4

1DasBürgerforumEnergieland Hessen

1DasBürgerforumEnergielandHessen

ZieldesLandesHessenistes,seinenEnergieverbrauchbiszumJahr2050komplettauserneuerbarenRessourcenzudecken.BeimdamitverbundenenUmbauderEnergieversor-gungmüsseneinigeHerausforderungengemeistertwerden.Erkannnurgelingen,wennalle Akteure gemeinsam an konkreten Lösungen arbeiten. Mit dem LandesprogrammBürgerforumEnergielandHessen (BFEH)unterstütztdasHessischeMinisteriumfürWirt-schaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung (HMWEVL) die hessischen Kommunendabei,gemeinsammitdenBürgerinnenundBürgerndieEnergiewendevorOrtzugestalten.DasBFEHbietet jenachAusgangssituationundZielsetzungmaßgeschneiderteInforma-tions- und Dialogformate für Kommunen und weitere Akteure an. Diese reichen vonBürgerinformationsveranstaltungenüberEnergie-Coachings für kommunaleAkteurebishinzurMediationvonKonfliktenbeimAusbauerneuerbarerEnergien.

DasBFEHwirdvonderHAHessenAgenturGmbHgemeinsammitdenProjektpartnernIFOK,Genius/teamewenundDIALOGBASISdurchgeführt.Weitere InformationenzumLandesprogrammfindenSieunterwww.energieland.hessen.de/buergerforum_energie.

Faktenchecks zur Energiewende

DiebisherimRahmendesBürgerforumsdurchgeführtenAktivitätenhabengezeigt,dassbeimThemaEnergiewendeeinbesondersgroßerInformations-undDialogbedarfbesteht.Fragen zur Gesundheit,Wirtschaftlichkeit, Umsetzbarkeit und zum Natur- und Umwelt-schutzrundumerneuerbareEnergienwerdeninähnlicherWeiseinfastallenVeranstaltungendesBFEHvorOrtgeäußert.DieübergeordneteKlärungdieserFragenmitausgewiesenenFachleuten schafft daher einenMehrwert über die einzelne Kommune hinaus. Deshalborganisiert das BFEH „Faktenchecks“, in denen zentrale Fragen der Energiewende vonrenommierten Expertinnen und Experten auf Landesebene diskutiert und beantwortetwerden.DieimAnschlussandieseVeranstaltungenerstellten,öffentlichzugänglichenFakten-papierebehandelnThemenwieWindenergieundInfraschall,EnergiewirtschaftundSystem-integration,RentabilitätundTeilhabe,Natur-undUmweltschutz,WasserkraftsowieWind-energieundTourismus.Esistgeplant,dieReihederFaktenchecksfortzusetzen.

52DiewichtigstenErkenntnissedesFaktenchecksaufeinenBlick

2DiewichtigstenErkenntnissedesFaktenchecks auf einen Blick

DieEnergiewendemussnichtaufdenAusbauvonSpeichernwarten,esbrauchtdieseerstbeihöherenAnteilenvonerneuerbarenEnergien.Tech-nisch stehen viele Speichertechnologien schonheute ausgereift zurVer-fügung,obundwannsiezumEinsatzkommen,isteineFragederKosten-optimierunginderEnergiewende:DerzeitkönnengünstigereMaßnahmenwiederNetzausbaudasEnergiesystemstabilhalten.

EinesukzessiveMarkteinführungvonSpeichernbeginntaberbereitsheute.Schließlich müssen Technologien erprobt und weiterentwickelt werden,Skaleneffekte reduzieren Kosten und neueGeschäftsmodelle entwickelnsich.SpeicheranwendungenfindenlangsamihrenWegindenMarktunderzielenaufverschiedeneWeisenErlöse,auchwennsiederzeitnichtdirektzurZwischenspeicherungüberschüssigenStromsauserneuerbarenEner-gien gebraucht werden. Diese Entwicklung wird sich in Zukunft in demMaßebeschleunigen,wiedieAnteileanerneuerbarenEnergienimSystemsteigenunddieInvestitionskostenzurückgehen.

DieEnergiewendewirdabernichtalleineimStromsektorentschieden.InZukunftwirdesdarumgehen,SektorenwieMobilität,Wärmeoderdieche-mische IndustriemitdemStromsektor zu verbinden,umklimafreundlicherzeugteEnergieauchdorteinsetzenzukönnen.DieserProzessderSektor-kopplung soll dabei helfen, die Treibhausgasemissionen der anderenSektorenzusenkenundeffiziente,strombasierteTechnologienzumEinsatzzubringen.

Power-to-X-TechnologienwandelnStrominandereEnergieträgerwieGaseoderWärmeum,die in anderen Sektorengenutztwerden könnenoderlangfristigspeicherbarsind.EinbekanntesBeispielfürdieseTechnologieistPower-to-Gas,aberauchWärmepumpenoderElektrofahrzeugezählenzudiesemBereich.SiewirkendamitalsBindegliederzwischendenSektoren.InZukunftwirdesdaraufankommen,einenklugenTechnologiemixzufinden,mitdemerneuerbarerzeugterStrommöglichsteffizientinmöglichstvielenSektoren genutzt oder umgewandelt und gespeichert werden kann. SowirddieEnergiewendezueinemErfolgunddieKlimazielekönnenerreichtwerden.

6

DerFaktencheckSpeicher in der Energiewende

7

DernotwendigeUmbauhinzueinemklima-freundlichen und nachhaltigen Energie-system erfordert einen langfristigenTrans-formationsprozess. Das Land Hessen willseineEnergiebiszumJahr2050komplettaus erneuerbaren Ressourcen gewinnen.WindenergieundPhotovoltaikwerdendabeieine Schlüsselrolle übernehmen. BeideEnergiequellen unterliegen jedoch natürli-chenSchwankungenundspeisendenvonihnen erzeugten Strom fluktuierend in dieNetze ein. Um das Stromnetz trotz dieserSchwankungen stabil zu halten und dieVersorgungssicherheit auch in Zukunft zugarantieren, müssen Stromangebot und-nachfrage flexibler aufeinander abge-stimmt werden. Um diese Flexibilität zuerreichen,bietetsichnebenanderenMaß-nahmen auch der Einsatz von Speicher-technologienan.

Im Detail stellen sich aber noch wichtigeFragen: Sollten wir schon heute mit demAusbauvonStromspeichernbeginnenundstehen uns dafür überhaupt ausgereifteTechnologien zur Verfügung? Lassen sichStromspeicherwirtschaftlichbetreiben?Wiekönnendie Sektoren Energie,Wärme undMobilitätmitHilfevonSpeichertechnologiensinnvoll miteinander verbunden werden?SetztdiePolitikdierichtigenAnreizefürdieWeiterentwicklungvonSpeichertechnologienund wie steht es um die regulatorischen

Rahmenbedingungen? Vor diesem Hinter-grundhatsichdasBFEHdazuentschlossen,die Potenziale von Stromspeichern für dieEnergiewendeineinemlandesweitenFakten-checkzuerörtern.

Das vorliegendeFaktenpapier zumThema„Speicher in der Energiewende“ ist dasErgebniszweierausführlicherFaktenchecks.HierzuwurdenführendedeutscheExpertenzum Thema eingeladen und die obenskizziertenFragenmiteinembreitgefächer-tenPublikumwährendderVeranstaltungenam 14.06.2016 in Frankfurt a.M. und am29.11.2016 in Gießen diskutiert. Ziel derFaktenchecksistes,denStanddesWissenszu Speichern in der Energiewende, dietechnischenRahmenbedingungenunddiepotenziellenEinsatzgebieteinausgewogenerundverständlicherFormaufzubereiten.

3DerFaktencheckSpeicherinderEnergiewende

3DerFaktencheckSpeicher in der Energiewende

Über diesen QR-Code erhaltenSiealleinhaltlichenPräsentationenderFaktencheckVeranstaltungenzumThemaSpeicher.Außerdemhat das BFEH einen leicht ver-ständlichenFilmerstellt, derdiewichtigstenFragen rundumdasThema Speicher in der Energie-wendeaufbereitet.www.energieland.hessen.de/faktencheck_speicher

8

Dr.MatthiasDeutschist seit Juni 2015als Senior Asso-ciatefürdenThink-tankAgoraEnergie-wendetätig.AgoraEnergiewende isteine gemeinsame

Initiative der Stiftung Mercator und derEuropean Climate Foundation mit demZiel,wissenschaftlichfundierteundpolitischgangbareWegezurUmsetzungderEnergie-wende zu entwickeln. Zuvor arbeiteteer als Berater für die PrognosAGmit denSchwerpunkten Energie, Gasnetzentwick-lungundEnergiebedarf.

Dr. Ralf Sitte istLeiter des Refera-tes III C 4 (Tech-nischeSysteminte-gration, FlexibilitätderNachfrage,Spei-cher,StromimVer-kehr) im Bundes-

ministerium fürWirtschaft und Energie. IndieseFunktionfälltu.a.dieZuständigkeitfürdenregulatorischenRahmenvonSpeicher-technologien. ZuvorwarDr. Sitte als Refe-renteinerFraktionimDeutschenBundestagtätig.

Prof. Dr. MichaelSterner ist Profes-sor für Energie-speicherundEner-giesystemeanderOstbayer ischenTechnischenHoch-schuleRegensburg

und einer der Leiter der Forschungsstellefür Energienetze und Energiespeicher(FENES).EristeinerderErfindervonPower-to-Gas.SeineForschungsschwerpunkteliegenneben Power-to-Gas in anderen Energie-speichernundderenRolle inderEnergie-wirtschaft.Prof.Dr.SterneristAutorzahlrei-cherwissenschaftlicherStudienundweitererVeröffentlichungenimBereichvonSpeicher-einsatzundSpeichertechnologien.

Dr. Bernd Kraut-kremer leitet dasExperimentierzen-trum Bioenergie-SystemtechnikdesFraunhofer-Institutsfür WindenergieundEnergiesystem-

technik(IWES).EristSpezialistfürdietech-nischen Grundlagen von Power-to-Gas. InBadHersfeldführtHerrKrautkremerExperi-menteentlangderProzesskettezurthermi-schen Biogasnutzung, -aufbereitung und-einspeisungdurch.

3.1DieExperten

DR. MATTHIAS DEUTSCH Agora Energiewende

DR. RALF SITTE Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

PROF. DR.-ING. MICHAEL STERNER Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg

DR.-ING. BERND KRAUTKREMER Fraunhofer IWES, Kassel

3.1.DieExperten

9

Anwendernetz-werk solbat – Geschäftsmodelle mit Energie-speichern

solbat ist ein offe-nesAnwendernetz-werk mit Partnern

entlang der ganzen Wertschöpfungskette,vomStart-upbiszumWeltkonzern.Gestar-tet im Jahr 2013, erproben die Partnergemeinsam Lösungen für die Erzeugung,SpeicherungundVermarktungvonerneuer-baren Energien mit dem Ziel, möglichstschnellundkostengünstigzulernen,wasimMarkterfolgreichist.ImFokusstehendabeineueGeschäftsmodelle.

SWIVT Siedlungs-bausteine für bestehende Wohnquartiere – Impulse zur Vernetzung energieeffizienter Technologien

ZieldesForschungsvorhabensistdieEntwick-lungeinerSiedlungsstrategie,dieneuartigeund regenerative Energieerzeugungs- undSpeicherungskonzepteinBestandssiedlungenintegriert. Im Fokus des VerbundprojektesstehteinevollständigeenergetischeSanie-rung von fünf Gebäuden im DarmstädterStadtteilBessungen.

Power-to-Gas- Demonstrations-anlage Allendorf (Eder)In einem innovati-venBioPower2Gas-ProjektwirdineinerDemonstrations-

anlageinAllendorf(Eder)seitAnfang2015ausregenerativem Strom und Kohlenstoffdioxidsynthetisches Biomethan hergestellt.MittelsPEM-ElektrolysewirdineinemerstenSchrittdurch Einsatz von erneuerbarem Strom ausWasser Wasserstoff erzeugt. Im zweitenSchrittwirdausdemWasserstoffzusammenmitKohlenstoffdioxidausderbenachbartenBiogasanlageübereinmikrobiologischesVer-fahrensynthetischesBiomethangewonnen.

SchwarmbatteriePrivateHaushalteinDeutschlanderzeu-genundspeichernin zunehmendemMaße „eigenen“Strom. Ziel der

Schwarmbatterieistes,lokaleSpeicher,dieuntereinander vernetzt eine Schwarm-batterie von signifikanter Größenordnungdarstellen,mitEnergiemanagementinFormeines Schwarmdirigenten intelligent in dieStrommärktezuintegrieren.Dadurchkönnendie Stromnetze stabilisiert und wetterbe-dingteSchwankungenbeiWind-undSonnen-stromausgeglichenwerden.

DR. HARALD SCHÄFFLER schäffler sinnogy

MIRA CONCI M.SC. Technische Universität Darmstadt

THOMAS HELLER MicrobEnergy GmbH, Viessmann Group

VOLKER WACHENFELD SMA Solar Technology AG

3.2DiePraxisbeispiele

3.2DiePraxisbeispiele

10 3.2DiePraxisbeispiele

Strombank – innovatives Betreibermodell für Quartier- speicher

DasProjekt„Strom-bank“bieteteinenBlickindasBundes-

land Baden-Württemberg. Die Idee derStrombank: Teilnehmer mit dezentralenErzeugungseinheiten wie PV- oder KWK-AnlagenerhalteneinGirokontofürerneuer-bare Energien. Anstelle von Geld steuertdie Strombank als Quartierspeicher dieStromflüssevonNutzern,dienichtnurStromverbrauchen,sonderndiesenmitihrerEigen-erzeugungsanlageauchselbstproduzieren.

Power-to-Gas- Anlage Hamburg- ReitbrookIn Hamburg-Reit-brookwandeltseit2015einePower-to-Gas-Anlage rege-nerativ erzeugten

StrominWasserstoffumundspeistdieseninsErdgasnetzderStadtein.BeiderbislanggrößtenAnlagedieserArtistesinkompakterBauweiseerstmalsgelungen,mittels„ProtonExchangeMembrane(PEM)“-Elektrolyserund1,5MegawattStromzuerzeugen.SoleistetdiePower-to-Gas-AnlageeinengroßenBei-tragzumKlimaschutz.

Flexibilisierung am Beispiel Bioenergiedorf JühndeDasBioenergiedorfJühnde hat seineAnlagen zu Ener-gieerzeugungund

-verbrauchimSeptember2015mitdemZieleiner kompletten Flexibilisierung und be-darfsorientierten Nutzung umgebaut. Seit2016liefertCUBEimRahmendesProjektesBioPower2GastäglichoptimierteFahrplänefür den Anlagenbetrieb und zur Strom-vermarktung.ZweikürzlichinBetriebgenom-meneBHKWerhöhenFlexibilitätundAus-fallsicherheitnochweiter.

DR. ROBERT THOMANN MVV Energie AG

RENÉ SCHOOF Uniper Energy Storage GmbH

PETER RITTER CUBE Engineering GmbH

11

Stromspeicher in der Energiewende

12

4 Stromspeicher in der EnergiewendeNational und international besteht Einigkeitdarüber, dass der Energiebedarf in Zukunftprimär aus regenerativen Quellen gedecktwerden muss, um dem Klimawandel zu be-gegnenundunsere Lebenswelt zu schützen.Die mit diesem Ziel in der Bundesrepublikbeschlossene Energiewende umfasst dabeidieSektorenStrom,WärmeundMobilität.DasErneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) besagt,dassDeutschlandbiszumJahr2050mindes-tens 80 Prozent seiner Stromerzeugung auserneuerbaren Energien beziehen soll. Heut-zutagedeckenerneuerbareEnergienbereitsfasteinDritteldesStromverbrauchsinDeutsch-landab.

MitderUmstellungdesEnergiesystems sindHerausforderungen verbunden: Sonne undWind produzieren nicht immer dann Strom,wenn er gerade benötigt wird. Es kann vor-kommen,dasssiezeitweisegarkeinenStromproduzieren (Dunkelflaute) und zu anderenZeitenbesondersviel(windigerSommertag).

EinzelneErzeugungsspitzenbeikurzzeitigsehrstarker Einspeisung erneuerbarer Energiengehen dabei auch deutlich über die Strom-nachfragehinaus.Siesindaberausenergeti-scherSichtnurvongeringerBedeutungundbelastendasStromsystemnichtüberGebühr.DieProduktionvonEnergieerfolgtalsoinsge-samtunregelmäßigerundwenigerplanbaralszuZeitenvornehmlichkonventionellerErzeu-gung(sieheAbbildung1).

DiesofluktuierendeEinspeisungvonEnergiekannzurÜberlastungdesStromnetzesführen.InderKonsequenzmüssenStromangebotundStromnachfrageinZukunftdurcheineflexiblereAbstimmung besser aufeinander eingestelltwerden, um das Stromnetz stabil zu haltenundzujederZeitVersorgungssicherheitgaran-tierenzukönnen.

UmdieseFlexibilisierungdesEnergiesystemszuermöglichen,gibtesverschiedeneOptio-nen (siehe Abbildung 2). Sie unterscheiden

4StromspeicherinderEnergiewende

Abbildung1:GegenüberstellungvonStromerzeugungund-verbrauchineinerBeispielwochemit50%AnteilauserneuerbarenEnergien,eigeneschematischeDarstellungnachAgoraEnergiewende2015.

Mo Di Mi Do Fr Sa So0

20

40

60

80

Mo Di Mi Do Fr Sa So0

20

40

60

80

StromnachfrageOnshore-Windkraft

Offshore-Windkraft

Photovoltaik

Residualerzeugung

Biomasse

Wasserkraft

Stromerzeugung und Stromverbrauch in einer Beispielwoche mit 50 % EE-Anteil und 50 % Residualerzeugung (konv. Kraftwerke, Stromimport)

GW GW

134StromspeicherinderEnergiewende

Abbildung2:ZentraleFlexibilitätsoptioneninderÜbersicht,eigeneschematischeDarstellungnachBrunner,Heyder2015.

begrenzt flexibel

Räumliche Verschiebung

Zeitliche Verschiebung

• Gas• Biomasse

• Kohle / Atomkraft• Wind / Solar (auch durchAbregelung)

Erzeugung

Nachfrage

• Nachfrageerhöhung•Lastabschaltung

•Lastverschiebung

Energiespeicher • Regionale Verteilung (national)

• Importe und Exporte (international)

Netze

flexibel

Anpassung der Betriebsweise

sich in ihrer Leistung und ihren Kosten. Diederzeit am intensivsten diskutierten Flexibili-tätsoptionen sind die verstärkte räumlicheVerschiebung(Netzausbau)oderzeitlicheVer-schiebung (Speicher) bei der BereitstellungundderNutzungvonEnergie.Weiteremög-licheFlexibilisierungenbeziehensichaufdieAnpassungderAngebotsseite(flexiblerekon-ventionelle Kraftwerke, Abregelung von Ein-speisespitzen erneuerbarer Energien usw.)und auf die bessere Steuerung der Strom-nachfrage (Zu- undAbschaltung von Lasten,zeitlicheVerschiebungenergieintensiverIndus-trieprozesse usw.). Eine erhöhte Flexibilitätdient in erster Linie dazu, das Stromsystembeim Zubau vonWind- und Solarenergie zustabilisieren, muss aber daneben unter derMaximederKostenoptimierungundEffizienz-steigerungimGesamtsystembetrachtetwerden.Im Zentrum dieses Faktenpapiers steht das

Thema Speicher als eine Flexibilitätsoption.Die primäre Funktion von Stromspeicher-technologienistdiezeitlicheVerlagerungderEnergienutzung, also die Entkopplung vonErzeugungundVerbrauch.

ImFolgendenwidmet sichdasFaktenpapierzunächstdemSektorStromundadressiertdabeieinige in der Diskussion stehende zentraleFragestellungen.DiesebeschäftigensichmitAspekten der Integration von Speichern inden Stromsektor, Speichertechnologien undihrenEntwicklungspfadensowiederRegulie-rungunddenAnreizsystemenimStromsektor.Darauf aufbauend werden das Konzept derSektorkopplung zur Nutzung von Strom inanderenSektorenwieMobilitätoderWärmesowie die dafür hilfreichen Power-to-X-Technologienvorgestellt.

14 4.1MüssenwirdenAusbauvonSpeichernschonheuteverstärktangehen?

4.1MüssenwirdenAusbauvonSpeichernschonheuteverstärktangehen?

DieTransformationdesEnergiesystemsvonfossilen zu erneuerbaren Energieträgernmacht eine Flexibilisierung erforderlich.ZwarbietendiedafürzurVerfügungstehen-denOptionenunterschiedlicheLeistungen(wie räumliche und zeitlicheVerschiebungoderAnpassungvonNachfrageundErzeu-gung), sodass der jeweilige Einsatz be-stimmteVor-undNachteilemitsichbringt.SiesorgenaberalleaufihreWeisefürmehrFlexibilität im Energiesystem. Deutschlandwird auf bundesweiter Ebene nicht alleOptionensoforteinsetzenmüssen,umVer-sorgungssicherheitundNetzstabilitätzuge-währleisten–esgehteherumdieoptimierteReihenfolge. Mit einer fortschreitendenEnergiewende verändern sich außerdemdieBewertungsgrundlagenfürdieEinsatz-reihenfolge(z.B.dieKostender jeweiligenOptionen), hauptsächlich durch die pers-pektivischzunehmendeMengeanerneuer-barerEnergieimSystembiszumJahr2050.SostehendieFlexibilitätsoptioneninBezugaufKostenundEffizienzineinemWettbewerbzueinander.Deshalbmuss sichderEinsatzvonStromspeichernalseinedieserOptionenmit Blick auf die weiteren zur VerfügungstehendenOptionen bewähren (sieheAb-bildung2).

VerschiedeneaktuelleFachstudienbeschäf-tigensichmitderFrage,obeineklarePriori-sierunginderEinsatzreihenfolgeverschiede-ner Flexibilitätsoptionenmöglich ist (sieheKapitel 7). Dazu wurden unterschiedlicheSzenarienentwickelt,die jeweilsübereinespezifische Zusammensetzung der Strom-erzeugunginDeutschlanddefiniertwurden(sieheAbbildung3).DerAnteildererneuer-barenEnergienentsprichtdabeidenZielenderBundesregierung,währenddieAnnah-men zum restlichen Stromsystem auf demNetzentwicklungsplanderBundesnetzagenturbasieren.ZudemwurdeeinmöglicherweiseverzögerterAusbaualternativerFlexibilitäts-optionen(KWK,Lastmanagement,Netzaus-bau,Grenzkuppelstellenusw.)angenommen.In einer Untersuchung wurden die KostenderverschiedenenSzenarienjeweilsmitundohnezusätzlicheSpeicherverglichen.

AufBasisderzugrundegelegtenAnnahmen(v.a. fortschreitenderNetzausbauundstär-kerereuropäischerStromausgleich)istdavonauszugehen, dass der Ausbau von Strom-speichern – über die bestehenden Pump-speicherkraftwerke hinaus – im Vergleich zuanderenFlexibilitätsoptionenindennächsten10bis 15JahrenunnötigeMehrkostenver-

Auf einen BlickDieEnergiewendemussnichtaufSpeicherwarten.HeuteistdasEnergiesystemauchohnezusätzlicheStromspeicherstabil.Esstehengenügendandereundkosten-günstigereOptionenwieNetzausbauundLastmanagement zurVerfügung,umdieFluktuationenbeiderEinspeisungvonerneuerbarenEnergienauszugleichen.Stromspeicher werden unter heutigen Annahmen erst ab den 2030er-JahrenundbeiAnteilenvonetwa60ProzentundmehrerneuerbarenEnergienimSystemnotwendig sein. Jeweniger andere Flexibilitätsoptionen zurVerfügungstehen, desto früher ergibt sich der Bedarf für Speicher. Um diewesentlichenTechnologienspäterausgereiftzurVerfügungzuhaben,isteinesukzessiveMarkt-einführungvonSpeichernschonheutesinnvoll.

154.1MüssenwirdenAusbauvonSpeichernschonheuteverstärktangehen?

Abbildung3:StromerzeugungauserneuerbarenEnergieninDeutschlandinProzentbishinzueinemSystemanteilvon90%zueinembishernichtgenauzubestimmendenZeitpunkt,fürdasrestlicheEuropawurdeverzögerterAusbaudererneuerbarenEnergienangenommen.23%bei42%inD,40%bei60%inD,60%bei90%inD,eigeneschematischeDarstellungnachAgoraEnergiewende2014.

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Nachfrage in Deutschland

2013 2023 2033 Zielmarke0

100

200

300

400

500

600

Konventionelle Erzeugung Wind (onshore & offshore)Photovoltaik

WasserkraftBiomasse

Stromerzeugung aus EE und Nachfrage in Deutschland

in TWh

42 %

60 %

90 %

Ab ca. 2033: Speicher führen zu leichten Einsparungen

Speicher führen zu deutlichen Einsparungen

Speicher führen zu Mehrkosten

WasserkraftBiomasseKonventionelle Erzeugung Photovoltaik Wind(onshore&offshore)

ursachenwürde.MitsteigendenAnteilenanerneuerbarenEnergienwirdderZubauvonStromspeichernimmerkosteneffizienterwer-denundim90-Prozent-SzenarioschließlichzudeutlichenEinsparungenführen(sieheAb-bildung 3). Der Ausbau erneuerbarer Ener-gienmussdemnachaustechnisch-wirtschaft-licher Perspektive nicht auf Stromspeicherwarten,dadiebenötigteFlexibilität indennächsten10bis20JahrenmiteinemAnteilvon40bis60ProzenterneuerbarerEnergiendurchandereOptionengünstigerbereitge-stellt werden kann – beispielsweise durchNetzausbau oder den Einsatz von KWK-Anlagen,LastmanagementsowiedenStrom-handel mit dem Ausland. Gleichzeitigwerden konventionelle Kraftwerke in derÜbergangszeitweiterhinRegelenergieanbie-ten,dieaberzunehmendauchvonStrom-speichern und erneuerbaren Energie-anlagenbereitgestelltwird.

AusvolkswirtschaftlicherPerspektivewerdenzusätzliche Stromspeicher in größeremUmfangalsoerstbeihohenAnteilenvoner-neuerbarenEnergien für denErzeugungs-ausgleich benötigt. Dabei ist die optimaleKapazität und Kombination an Stromspei-chernabhängigvondenInvestitionskostenfür neue Speichersysteme, der Verfügbar-keit von alternativen Flexibilitätsoptionen

(wie neuen, flexiblen Stromverbrauchern)sowiederArtundGeschwindigkeitdesAus-bausdererneuerbarenEnergien.

Es besteht also weitgehend Einigkeit da-rüber, dass das Fortschreiten der Energie-wende indennächstenJahren auchohneeinengroßflächigenAusbauvonStromspei-chern für den Erzeugungsausgleich gelin-gen wird. Gleichzeitig werden Stromspei-cher inZukunftgeradebeihohenAnteilenvon erneuerbaren Energien im System alskosteneffizienteOptionzurFlexibilisierungnotwendigwerden.UmdieKlimaschutzzieleder Bundesregierung und der hessischenLandesregierungsowiediedarausabgelei-tetenZieleeinerfastausschließlichregene-rativgestaltetenEnergieerzeugungerreichenzukönnen,solltedieTechnologieförderungvonSpeichertechnologienweiter vorange-triebenwerden,umKapazitätendanngesi-chert zur Verfügung zu haben, wenn siebenötigtwerden.

AberauchheutesindschongrößereInvesti-tionenimBereichSpeicherzubeobachten:Mehr als 300 MW an Batteriekraftwerken(und damit etwa die Hälfte des VolumensdesPrimärenergieregelleistungsmarktes)be-findensichderzeitinBetrieb,imBauoderinPlanung.

16 4.2SolltenwirdenAusbauvonSpeichernundStromnetzparallelvorantreiben?

4.2SolltenwirdenAusbauvonSpeichernundStromnetzparallelvorantreiben?

Im Vergleich verschiedener Flexibilitäts-optionenspieltdieFragederKostennatürlicheinegroßeRolle.Sie stellt sichderzeit vorallembeiderAbwägungzwischendenFlexi-bilitätsoptionen Speicher undNetzausbau.Während von politischer Seite angeführtwird, dass ein technologieneutraler Wett-bewerbdarüberentscheidensollte,welcheOptionwannzumZugekommt,undauchdiezentralen Studien primär auf das Kosten-kriteriumverweisen,gibtesdurchausArgu-mentefüreinebreitereBetrachtung.

EininZukunftparallelerAusbauvonNetzenundSpeichernhättedenVorteil,eininsge-samtbesser abgesichertesund robusteresEnergiesystem zu ermöglichen, da mehrRedundanzenundeinegrößereFehlertole-ranz entstehen würden. Dabei könnte einTeildesNetzausbauszugunstenverstärkterInvestitionen in Speichertechnologien ent-fallen, auch wenn durch den Ausbau dererneuerbaren Energien weiterhin erheb-licherNetzausbaubedarfbesteht.

Sollte sicheineeinzelneFlexibilitätsoptionandersentwickelnalserwartet,könntenPro-blemeineinemSystemmitgrößerenFehler-toleranzeneinfacherausgeglichenwerden–

dieparalleleEntwicklungverschiedenerFlexi-bilitätsoptionenistalsoaucheineFormvonRisikomanagement.

Es ist derzeit durchaus denkbar, dass sichderNetzausbau–deralsFlexibilitätsoptionmitdenaktuellniedrigstenvolkswirtschaft-lichenGesamtkostenangesehenwird–nochstärkerverzögertalsangenommen.DabeiistnichtzuletztdiegesellschaftlicheAkzeptanzeingroßesThema:DasBürofürTechnikfolgen-Abschätzung beim Deutschen BundestaghatdiesbezüglichAnfang2016eineUmfragedurchgeführt, die sich dem Ausbau derStromnetze imRahmenderEnergiewendewidmete.1AufdieFrage,welchesdiewich-tigstenMaßnahmenfürdenErfolgderEner-giewendeindenkommendenzehnJahrensind,antworteten61,5ProzentderBefragten,dass Stromspeicher für eine bessere Ein-bindungdererneuerbarenEnergienausge-bautwerdenmüssen.Mit16,5Prozentfindetsich der Ausbau der Stromnetze auf demletztenPlatz.BeiderEinsatzreihenfolgevonFlexibilitätsoptionen sollte also auch dieschnelleundproblemlosereUmsetzbarkeitvon Maßnahmen mitgedacht werden, dieüberhöhereAkzeptanzinderBevölkerungverfügen.

1 DieBefragtensetztensichausdenStakeholdergruppenWissenschaft/Forschung/Bildung,Politik/Administration/öffentlicheEinrichtungen,Bürger-undVerbraucherorganisationen,Zivilgesellschaft,Medien/Presse,Wirtschaft,Umweltsowieinteres-sierte/engagierteEinzelbürgerzusammen.

Auf einen BlickEinparallelerAusbauvonStromspeichernundStromnetzhätteVor-undNach-teile:EskönntedurchauseinEnergiesystementstehen,dasnochausfallsichereristundbessermitnichtvorhergesehenenEntwicklungenzurechtkommt.DadurchwürdenjedochauchhöhereKostenfürStromspeicherentstehen,denen–beiunzu-reichendemNetzausbau–KostenfürungenutztenStromauserneuerbarenEnergiengegenüberstünden.DurchdenAusbauvonStromspeichern ließesich zwareinTeildesNetzausbausvermeiden,insgesamtbestehtaberdurchdenAusbaudererneuerbarenEnergienweiterhinerheblicherNetzausbaubedarf.

174.2SolltenwirdenAusbauvonSpeichernundStromnetzparallelvorantreiben?

HinzukommendiederzeitstarksteigendenKosten zur Sicherung der Netzstabilität(Redispatch-2 und Einspeisemanagement-Maßnahmen im Umfang von mindestenseinerMilliarde Euro jährlich, Tendenz stei-gend).Siezeigen,dassderunzureichendeNetzausbauhöhereSystemkostenverursachtalsgedacht.DieVerzögerungenführendazu,dassbiszurFertigstellungzusätzlicheKostenentstehen. Einige Studien deuten daraufhin, dass sich diese Kosten durch weitereFlexibilisierungsmaßnahmen wie SpeicherzumTeilbegrenzenlassen.3Schließlichsolltebedachtwerden,dassbereitsheuteeingrö-ßererZubauvonSpeicherkapazitätenerfolgt,dienochnichtintelligentzurVerbesserungderSystemstabilitäteingesetztwerden–bei-spielsweiseimRahmenderimmerbeliebter

werdendenHausspeicher für Photovoltaik-anlagen. Hier könnten weitere Synergiengehobenwerden.

Es darf aber nicht vergessen werden, dassdieKostenderEnergiewendeeinbedeutsa-mesKriteriumfürdieerfolgreicheUmsetzungsind.StromkundeninDeutschlanderwartenzu Recht, dass kosteneffiziente Lösungenbevorzugtwerden,damitdieEnergiepreisegeradefürprivateVerbrauchernichtweitersteigen. Ob Speicher und Netze parallelausgebaut werden sollen, ist also letztlicheinegesellschaftlicheEntscheidungdarüber,wie viele Kosten demVerbraucher derzeitzugemutet werden können und wie vielFehlertoleranz unser Energiesystem in Zu-kunfthabensoll.

2 AlsRedispatchwerdenEingriffevonÜbertragungsnetzbetreibernindieErzeugungsleistungvonKraftwerkenbezeichnet,diebeiÜberangebotundEngpässenvoreinerÜberlastungschützenunddieEinspeiseleistunganpassen.

3 vgl.DVGW:Studie–NutzenvonSmart-Grid-KonzeptenunterBerücksichtigungderPower-to-Gas-Technologie(2014)und50HertzEnergiewendeOutlook2035,Abschlussbericht:EntwicklungspfadederEnergiewendeundderenFolgen(2016).

4.3 Stehen technisch ausgereifte Speicher-technologienzurVerfügung?

In der Debatte um eine fortschreitendeEnergiewendewirdhinterfragt,obüberhauptTechnologienzurVerfügungstehen,umdiegroßen Mengen an erneuerbar erzeugterEnergiezuspeichern,diefürdieVersorgunginZukunftnotwendigseinwerden.

Die einhelligeMeinung der am Faktenpa-pierbeteiligtenExpertenist,dassdiefürdie

EnergiewendenotwendigenStromspeicher-technologien bereits heute größtenteils inMarktreifevorhandensindodersieinabseh-barer Zeit erreichen können (siehe Abbil-dung 4). Es besteht also kein technischesProbleminderUmsetzung.HinsichtlichdesEinsatzesvonStromspeichernwirdvielmehrüber die oben beschriebene Reihenfolgeim Einsatz der verschiedenen Flexibilitäts-

Auf einen BlickStromspeichergroßflächignutzenzukönnen,istkeintechnischesProblemmehr.VieleArtenvonStromspeichernwiez.B.Batterien,Schwungmasse-oderDruckluft-speichersowiePumpspeicherstehenbereitsheuteausgereiftzurVerfügung.ObundwannsiezumEinsatzkommen,istkeineFragedertechnischenMachbarkeit,sonderneineFragederKostenoptimierungimGesamtsystem.

18 4.3StehentechnischausgereifteSpeichertechnologienzurVerfügung?

optionennachgedacht–eshandeltsichdabeialsoumeinesystemischeKostenoptimierungund nicht um eine Frage der technischenMachbarkeit.

InZukunftwirdsicheineReihevonSpeicher-technologienhinsichtlichihrerWirkungsgradeundihrerInvestitionskostenweiterentwickeln.DiestrifftinsbesondereaufBatteriespeicherzu,derenHerstellungmiteinerProduktionimgroßindustriellenMaßstabbeispielsweisefür die Verwendung in Elektroautos nochdeutlichbilligerwerdenwird.AuchbeiderbedeutsamenPower-to-Gas-Technologie,mitdersichdasFaktenpapierinKapitel6genauerauseinandersetzt,wirdvoneinerdeutlichenSteigerungdesWirkungsgradesundeinerSenkungderAnlagenkostenmitBeginndergroßflächigen Anwendung ausgegangen.ImFolgendenwerdenbeispielhafteinigerele-vanteSpeichertechnologienkurzvorgestellt:

• Pumpspeicher:IstdieStromnachfragege-ring,wirdWassermitPumpenauseinemtiefergelegenenUnterbeckenineinhöhergelegenesOberbeckengepumpt.Dafürwirdüberschüssi-gerStromeingesetzt.BeiBedarfwirddasWasseraus demOberbecken abgelassen unddurcheineDruckleitungaufTurbinengeleitet,diemiteinem Generator Strom erzeugen. AufgrundihrerGrößeliegendieHerausforderungenhiervoralleminderStandortfindungsowieinderAkzeptanzseitensderAnwohnerinnenundAn-wohner.PumpspeicherkönnenSchwankungenmit Zyklendauern von wenigen Stunden bisTagenausgleichen.

• Druckluftspeicher:DruckluftspeicherhabeneineähnlicheFunktionsweisewiePumpspeicher.MitüberschüssigemStromwirdLuftinKavernenoderGasometergebäudegepresst.BeiBedarfwirdDruckluftausgeleitetunddamitTurbinenzurStromerzeugungangetrieben.

Abbildung4:VerschiedeneSpeichertechnologienundihrejeweiligeKapazitätundAusspeicherdauerimVergleich,eigeneschematischeDarstellungnachSterner,Stadler2014.

*ohneIndustrieundGHD,StrombedarfproPerson1,45MWh/a

chemisch elektromagnetischchemisch mechanisch

mechanischmechanisch

elektrochemisch

thermisch elektrisch

DieDatenwolkengebenBereichean,indenensicheinzelneheutebereitsrealisierteAnlageninDeutschlandbewegen.

©Sterner,Thomas;FENES,OTHRegensburg,2014

Jahresstrombedarf der Haushalte*Haushalt

(2 Personen)2,9 MWh/a

Dorf (100 Einw.)145 MWh/a

Regensburg(150.000 E.)

29 GWh/a

Berlin(3,5 Mio. E.)4,4 TWh/a

Batterien

Schwungmassen-speicher

Wärmespeicher

Kondensatoren

Spulen

Pumpspeicher kraftwerkeDruckluftspeicher

(Kavernen)

Kavernenspeicher(Methan, Wasserstoff)

Porenspeicher(Methan)

1 kWh 1 MWh 1 GWh 1 TWh

Speicherkapazität

Auss

peic

herd

auer

100 ms

1 Sek.

1 Min.

1 Std.

1 Tag

1 Woche

1 Monat

1 Jahr

Fernwärme- speicher

Power-to-Gas

194.3StehentechnischausgereifteSpeichertechnologienzurVerfügung?

• Batteriekraftwerke: Zur Speicherung derEnergie in Batteriekraftwerken werden Akku-mulatoren auf elektrochemischer Basis ver-wendet.DabeibewegensichBatterie-Speicher-kraftwerkeimBereichvoneinigenKilowattbisindenunterenMegawatt-Bereich.ImWesent-lichenleistendieseSpeicherdamiteinenBeitragzurNetzstabilisierungundKraftwerksflexibilität.Batteriespeicher sind für den kurzzeitigenAusgleichvonSchwankungenimStromsystemgeeignet.SiekönnenmithohenWirkungsgradensehr schnell auf Laständerungen reagieren,sind aber nicht in der Lage, große Energie-mengen für längerfristigen bzw. saisonalenAusgleichzuspeichern.

• Hausbatteriesysteme: Hausbatterien sindvorallemimVerbundnetzdienlich.DiePreisefürHausspeicherfallengegenwärtig.Auchzu-künftigistmitweiteremPreisverfallfürBatteri-enzurechnen,sodassihrEinsatzaufgrunddersinkendenInvestitionskostenimmerwirtschaft-licherwird.DiesgiltinsoweitauchfürBatterie-kraftwerke.

• Elektromobilität:Batteriespeicherzumelek-trischen Betrieb von Fahrzeugen werden zu-künftigingrößerenMaßstäbenvorhandensein.So steht perspektivisch und bei intelligenterSteuerungeinegrößereSpeicherkapazitätzurVerfügung (im Bereich mehrerer Gigawatt).

ZudemwerdendiePreise fürBatteriendurchdenEinsatzimMassenmarktMobilitätaufgrundderzuerwartendenSkaleneffektehöchstwahr-scheinlichsinken.

• Power-to-Gas (Wasserstoff, Methan): Power-to-Gas basiert auf dem Prinzip der Energie-speicherungdurchKopplungvonStrom-undGasnetz.Dabeiwird Strom zurDurchführungvonWasserelektrolysegenutzt,umsynthetischerzeugten Wasserstoff herzustellen. Dieserkann unter Zugabe von Kohlenstoffdioxid zuMethanweiterverarbeitetwerden.

• Schwungmassenspeicher:Schwungmassen-speicherkönnensehrschnelleinehoheLeistungbei insgesamtgeringerMengeeingespeisterEnergieabgeben.EindurchÜberschussstrombetriebenerElektromotorbeschleunigtdabeieinenRotor,wobeiStromalskinetischeEnergiegespeichertwird.DerElektromotorfunktioniertbei der Rückgewinnung der gespeichertenEnergie als Generator. Dieser bremst durchseineträgeSchwungmassedenRotoraus.DieseSpeicher sind,wieauchSpulenundKonden-satoren,nurfürLastspitzenimKurzzeitbereichgeeignet.

20 4.4KönnenStromspeicherheuteschonwirtschaftlichbetriebenwerden?

ObsichderBetriebeinesStromspeicherswirt-schaftlich lohnt, hängt von den notwendigenInvestitionskosten (sowie den Betriebs- undWartungskosten)undderenVerhältniszudenmöglichenErlösenderAnwendungab.Strom-speicher können dabei für eine ganze ReiheunterschiedlicherwirtschaftlicherAnwendungengenutztwerden:

ÜberschüssigeEnergie,diezumZeitpunktihrerErzeugung nicht benötigt wird, kann einge-speichert und später bei größerem Bedarfoder bei höheren Preisen an der Strombörsewieder abgegeben werden (das sogenannteArbitrage-Geschäft im Erzeugungsausgleich).Hiermit lassen sich derzeit, wenn überhaupt,nurgeringeGewinneerzielen.Außerdemsindgrößere Speicherkapazitäten notwendig, umrelevante Strommengen handeln zu können.AlsweitererAnwendungsfallkannmitHilfevonHausspeichern in Kombinationbeispielsweisemit einer eigenen Photovoltaik-Anlage derEigenverbrauch von Strom optimiert werden,sodasswenigerStromausdemNetzbezogenwerdenmuss (undweniger indasNetz einge-speistwird).JenachAnnahmenzurStrompreis-entwicklungkönnenBatteriespeicherindieserAnwendungbereitswirtschaftlichseinoderesin naher Zukunft werden. Betrachtetman dieKostenprognosenderSpeichertechnologien,istdavon auszugehen, dass derMarkt für Heim-speicherlösungenweiterwachsenwird.

NebenderEnergiespeicherungzeichnensichSpeichertechnologien aber auch durch dieFähigkeitaus,insehrkurzerZeiteinehoheLeis-tungbereitstellenzukönnen,diealssogenannte„Systemdienstleistung“ineinem„Regelleistungs-markt“4vermarktetwerdenkann.MitsinkendenPreisen für StromspeicherwirddieTeilnahmeamRegelleistungsmarktimmerwirtschaftlicher.DaderZugangüberreglementierteAusschrei-bungsmodellestaatlichorganisiert ist,könnensichSpeicherbetreiber ineinengleichberech-tigtenWettbewerbmitanderenAnbieternvonRegelleistungbegeben,sobaldsiedienotwen-dige Qualifizierung erhalten haben. Zwar istdavonauszugehen,dassderBedarfanRegel-leistungmitsteigendemAnteilanerneuerbarenEnergienzunehmenwird,andererseitsdrängenweitere Anbieter in den Markt und auch diePrognosegütesteigt,sodasswenigerhäufigAus-gleichsmaßnahmeneingekauftwerdenmüssen.Hinzukommt,dassderRegelleistungsmarktmit3–4 GW ein relativ kleiner Markt ist und mitseinem begrenzten Volumen nur eine über-schaubare Anzahl von Marktteilnehmern ver-sorgenkann.

NebendemRegelleistungsmarktkönnenStrom-speicherauchinanderenMarktsegmentendesEnergiesystemsagieren,indenendieTeilnahmenicht durch Ausschreibungsmodelle, sonderndurchbilateraleVerträgeorganisiertwird.Dazugehörenu.a.dieBereitstellungvonSchwarzstart-

4DerRegelleistungsmarktunterteiltsichindieBereichePrimärregeleistung,SekundärregelleistungundMinutenreserve,diesichinderAktivierung,BereitstellungszeitundBereitstellungsdauervonLeistungunterscheiden.

4.4 Können Stromspeicher heute schon wirtschaftlichbetriebenwerden?

Auf einen BlickDerzeitarbeitenvieleBetreibervonStromspeichernanderGrenzezurWirtschaft-lichkeit.VerantwortlichdafürsindhauptsächlichdienochrelativhohenInvestitions-kosten.MitsteigendenAnteilenanerneuerbarenEnergien,inZukunftsinkendenInvestitionskostenunddemAbbauregulatorischerHemmnissefürStromspeicherwird sich dieWirtschaftlichkeit von Stromspeichern deutlich verbessern. Insbe-sondereBatteriespeichersindbereitsheute inNischenmärktenwirtschaftlichzubetreiben,wennEnergie-undLeistungsanwendungenkombiniertwerden.

214.5WerdengenugAnreizezurEntwicklungvonSpeichertechnologiengesetzt?

4.5 Werden genug Anreize zur Entwick-lungvonSpeichertechnologiengesetzt?

Umdie Integration von Stromspeichern inunser Energiesystem bereits heute zu star-ten,sindeineReihevonInitiativenetabliertworden.ZudiesemZweckwurdebeispiels-weise die Förderinitiative EnergiespeichergemeinsamvomBundesministeriumfürWirt-schaftundEnergie(BMWi)undvomBundes-ministerium für Bildung und Forschung(BMBF) ins Leben gerufen.Mit einem För-dervolumen von 200 Millionen Euro wirddie Technologieentwicklung vor allem indenBereichenWind-Wasserstoff-Kopplung,Batterien im Verteilnetz und thermischeSpeicher vorangetrieben. Bis zum jetzigenZeitpunktwurdenüber200Projektegeför-dert.

Darüber hinauswurde die KfW-FörderungfürdezentralePhotovoltaik-Speichereinge-richtet. Die Bilanz bis Ende 2015 liegt beieinemFördervolumenvonca.60MillionenEuro,19.000Zusagenund450MillionenEuroangestoßenerInvestitionen.DieFörderungumfassteinenzinsgünstigenKreditderKfWsowie einen Tilgungszuschuss aus MittelndesBMWi. Insgesamt lässt sich feststellen,dassfürdieEntwicklungvonSpeicherneineReihevonFörderprogrammeninsLebenge-rufenwurde,wasindiesemMaßstabfüran-dereFlexibilitätsoptionennichtzutrifft.

NebenderstaatlichenFörderungbeeinflusstder regulatorischeRahmendesdeutschen

fähigkeit,Kurzschlussleistung,Momentanreserve,BlindleistungoderNetzengpass-Management(Redispatch).DieseLeistungenwerdenheutzu-tagevielfachnochdurchkonventionelleKraft-werkeerbracht.MitzunehmenderEinspeisungerneuerbarer Energien wird der Bedarf andiesenLeistungenjedochsteigenundkonven-tionelle Kraftwerke werden sukzessive vomNetzgehen.

ImderzeitigenMarktumfeldarbeitenvieleBe-treibervonStromspeichernanderGrenzederWirtschaftlichkeit.Nebendennochrechthohen

Investitionskosten,dieperspektivischdurchtech-nischeWeiterentwicklungenundSkaleneffekteinderProduktionfallenwerden,liegtdiesauchamaktuellenrechtlichenRahmenunddenAb-gabenundUmlagen,diedieBetreiberentrich-tenmüssen (siehe4.5).Grundsätzlich ist aberdavonauszugehen,dassmithöherenAnteilenanerneuerbarerEnergieimSystemauchdieNach-fragenachdenvonSpeichernbereitgestelltenDienstleistungensteigenwird.InKombinationmitsinkendenInvestitionskostenistzuerwarten,dassderBetriebvonStromspeichernzukünftigrentablerseinwird.

Auf einen BlickAnreizezurEntwicklungvonSpeichertechnologienwerdendurcheineReihevonumfangreichenstaatlichenFörderprogrammengesetzt.DieregulatorischenRahmen-bedingungenfürdenwirtschaftlichenBetriebvonSpeichernhabensich indenletzten Jahren verbessert. Kontrovers wird noch über die teilweise doppeltenBelastungendesEin-undAusspeichernsdurchdieEEG-Umlagediskutiert.

22 4.5WerdengenugAnreizezurEntwicklungvonSpeichertechnologiengesetzt?

5DiezentralenVorschriftendesEnergierechtsinDeutschlandsinddasEnergiewirtschaftsgesetz(EnWG),dasErneuerbare-Energien-Gesetz(EEG)sowiedasStromsteuergesetz(StromStG).

6 InsbesonderevonVertreternausWissenschaftundIndustriewurdewährenddesFaktenchecksangeregt,SpeicheralseinevierteSäulenebenErzeugung,VerbrauchundTransportindieSystematikdesdeutschenEnergierechtszuintegrieren.

7 ZumBeispielwenndemStromspeicherEnergieausschließlichzurWiedereinspeisungvonStromindasNetzentnommenwirdoderwennfürdengesamtenStrom,derdemSpeicherentnommenwird,dieEEG-Umlagenach§60Absatz1oder§61Absatz1gezahltwird.

Energierechts5 maßgeblich die zukünftigenEntwicklungspfadevonSpeichern.ImSinnedesEnergierechts stellenSpeicherbislangkeine gesonderte Kategorie dar, sondernwerden je nach Situation bei Ausspeiche-rung von Energie als Erzeuger oder beiEinspeicherung von Energie als Letztver-braucher behandelt.6Dabei ist eineUnter-scheidung zwischen Stromspeichern undEnergiespeichern wichtig: Aus Sicht desStromsystems ist beispielsweise die Nut-zung von Strom zur Erzeugung andererEnergieträger (Power-to-X) nur dann einStromspeicher, wenn die eingespeicherteEnergiewiederindasStromsystemzurück-geführt wird. Power-to-Gas ist also nur inVerbindungmitGaskraftwerkenundBlock-heizkraftwerkeneinStromspeicher.FüralleanderenFälle,wiez.B.dieHerstellungvonKraftstoff aus Strom, agiert Power-to-X alseinezuschaltbareLastundwirddamitder-zeitvomBMWirechtlichalsLetztverbraucheingestuft.DieseRegelunghatAuswirkun-genaufdieBelastungvonSpeicherndurchdieUmlagenundAbgabendesEnergiesys-tems,diefürverschiedeneSpeichertechno-logien sehr unterschiedlich ausfallen. Inwie-fern diese Tatsache ein Hemmnis für dieVerbreitung von Stromspeichern darstellt,wirdderzeitkontroversdiskutiert.

EinigeSpezialvorschriftenprivilegierenSpei-cher nämlich unter bestimmtenVorausset-zungen gegenüber konventionellen Letzt-verbrauchern.DasEnergiewirtschaftsgesetz(EnWG)regeltbeispielsweisein§118Abs.6BefreiungenvonNetzentgeltenfürEnergie-speicherunterbestimmtenVoraussetzungen.Ebenfalls können Speicheranlagen häufig

vonder Stromsteuerbefreitwerden.Auchdie viel diskutierte EEG-Umlage, die denLöwenanteil derAbgaben ausmacht, kannfürSpeicherunterUmständenentfallen.DieNovelle des EEG vom Juli 2016 erweitertdie Fälle, in denen die EEG-Umlage nichtentrichtet werden muss, noch um einigeBereiche.7 Kritisch kommentiert wird, dassweiterhinKonstellationenbestehen,indenenSpeicherbetreiber durch eine „doppelte“EntrichtungderEEG-Umlagebelastetwer-den, die Umlage also für die Einspeiche-rungunddieAusspeicherunganfällt.Diesist z.B. der Fall, wenn ausgespeicherterStrom teilweise für den umlagebefreitenEigenbedarfgenutztundteilweisezurückindasStromnetzabgegebenwird–eineSitua-tion,diegeradebeikleinenPrivatspeichernhäufigvorkommt.

VonSeitendesBMWiwirdangeführt,dasseine umfassende Befreiung von Strom-speichernzueiner„Entsolidarisierung“derSpeicherbesitzer mit dem Gesamtsystemder Elektrizitätsversorgung führen würde.Schließlich würde trotz bestehender Spei-cheranlagenweiterhinderWunschbestehen,beiBedarfjederzeitaufdieInfrastrukturausStromnetzenundgarantierterVersorgungs-sicherheitzugreifenzukönnen,diezueinemnichtunerheblichenTeilausSteuernundAb-gabenfinanziertwird.ZudemwärenSpeicherschon durch eine Reihe von rechtlichenSonderbehandlungen und umfangreichenFörderprogrammen gegenüber weiterenFlexibilitätsoptionen gut aufgestellt, mitdenensieineinemWettbewerbumKostenundEffizienzstünden.

Sektorkopplung und Power-to-X-

Technologien

24 5SektorkopplungundPower-to-X-Technologien

5 Sektorkopplung und Power-to-X-Technologien

NebenderFrage,welcheRollederStromsektorfür die Umsetzung der Energiewende spielt,rückt die Betrachtung von Energieverbrauchund CO2-Ausstoß weiterer Sektoren in denFokus. Fest steht: Eine umfassende Energie-

wendewirdohneeineWärme-,Mobilitäts-oderindustrielleChemiewendenichtgelingen,einereineStromwendereichtnichtaus.Diskutiertwird deshalb, wie der in immer größeremUmfangzurVerfügungstehende,regenerativ

Abbildung5:SektorgekoppelteEnergiespeicher,eigeneschematischeDarstellungnachSterner,Eckert2016.

Power-to-Heatinkl.Wärmepumpe,flexibleKWK1 Elektromobilität6

Power-to-Liquid als Stromkraftstoff7

Einspeichertechnologie Power-to-Chemicals8

Power-to-Gas als Rohstoffspeicher9

Einspeichertechno logie Power-to-Gas2

Power-to-Gas als Stromspeicher3

Power-to-GasalsWärmespeicher4

Power-to-Gas als Stromkraftstoff5 Power-to-Gas als Rohstoffspeicher10

Strom-speicher

Stromsektor

Wärmesektor

Wärmespeicher

Gas speicher

Gassektor

Kraftstoff-speicher

Verkehrssektor

1

4 2

3 8

6

7

10

5

9

Rohstoff-speicher

Chemiesektor

Strom-speicher

Gas speicher

Auf einen BlickDie Sektorkopplung wird eine Schlüsselrolle bei der weiteren Umsetzung derEnergiewendeeinnehmen:Power-to-X-TechnologieninklusiveAnwendungenwieWärmepumpen oder Elektrofahrzeuge ermöglichen es, erneuerbar erzeugtenStromeffizientinSektorenwieMobilität,WärmeoderderchemischenIndustrieeinzusetzen.So lassensich fossileBrennstoffeeinsparenunddieTreibhausgas-emissionendieserSektorenkönneninZukunftdeutlichgesenktwerden.OhnedieÜbertragungvonregenerativemStrominanderenBereichewerdensichdieKlima-zielenichterreichenlassen.

255SektorkopplungundPower-to-X-Technologien

erzeugte Strom auch in anderen BereichenNutzen stiften kann, um dort die Treibhaus-gasemissionenzuverringern.

EineenergetischintelligenteVerknüpfungdesStromsektorsmitanderenSektorensowiedieVerbindung untereinander kann durch ver-schiedene sektorkoppelnde Anwendungenerreichtwerden,unteranderemdurchPower-to-X-Verfahren(PtX).IndiesenVerfahrenwirdStromalsPrimärenergieaufgenommenundein-gesetzt,umweitereEnergieträgerwieWärmeoderProduktewieGaseoderBrennstoffezurNutzunginanderenSektorenherzustellen(sieheAbbildung 5). Zu PtX-Technologien gehörenauchAnwendungenwieElektromobilitätoderWärmepumpen,dieStrominanderenSektoreneffizienteinsetzenkönnen.Mittelfristigsollsoerreicht werden, dass Energie noch flexiblererzeugtundverbrauchtwerdenkann, indemdie Verwendungsmöglichkeiten ausgeweitetwerden.NebenmöglichenEnergieeinsparun-genundEffizienzverbesserungenwirddurcherneuerbarerzeugtenStromalsAusgangsbasis

so auchderAusstoß vonTreibhausgasen imWärme-undVerkehrssektorsowieinderchemi-schenProduktionverringert.Nichtzuletztausdiesem Grund kommt der Förderung derSektorkopplung eine zentrale Rolle bei derpolitischenDiskussionumdieFortführungderEnergiewendezu8.

UnterdenamFaktencheckbeteiligtenExper-tenbestehtEinigkeitdarüber,dassnurdurcheineverstärkteKopplungregenerativerStrom-erzeugungundenergieintensiverProzesseinunterschiedlichenSektorender fürdieErrei-chung der Klimaziele notwendige Rückgangvon Treibhausgasen realisiert werden kann.HierbeispielenPtX-TechnologienalsBrückenüber die Sektorgrenzen eine wichtige Rolle.Gleichzeitigmussaberbedachtwerden,dassder Einsatz von Strom in anderen Sektorennatürlichmöglichsteffizienterfolgensollte.IneinigenFällen,wiez.B.beiElektrofahrzeugen,istdiedirekteNutzungvonStromzumAntriebeffizienteralsdieErzeugungvonsynthetischenKraftstoffen über PtX-Anlagen. Wichtig ist

8 ImFolgendenbefasstsichdasFaktenpapierhauptsächlichmitdenimBereichderSektorkopplungpotenziellnutzbarenPtX-Verfahren.FüreinedetaillierteEinordnungderrelativenEffizienzdieserVerfahrenzueinanderoderinRelationzuweiterenverfügbarenTechnologienderSektorkopplungwirdaufdieinKapitel7aufgeführtenStudienverwiesen.

Abbildung6:PrognosederzukünftiginstalliertenLeistungenvonPtX-TechnologienindenBereichenStrom,MobilitätundChemieundBatteriespeichern(Regelleistung,E-/Plug-in-Hybrid-PKWundHausspeicher),eigeneschematischeDarstellungnachAgoraEnergiewende2014.

140

160

180

120

100

80

60

40

20

0min. max. min. max. min. max.

Leis

tung

am

Net

z in

GW 2023 2033 2050

Strom

Batterie- speicher min.

Mobilität

Batterie- speichermax.

Chemie

26 5SektorkopplungundPower-to-X-Technologien

allerdings,dassauchdirektelektrischeAnwen-dungen der Emissionsbilanz nur dann nach-haltig helfen, wenn der eingesetzte Stromregenerativerzeugtwurde.Insbesonderedort,wokeineeffizientereAlternativezurVerfügungsteht, wird PtX-Anwendungen potenziell eingroßerMarkt zugeschrieben.ZurUmsetzungder notwendigen Sektorkopplung sehen diebeteiligtenExperten zukünftigeinenMixausPtX- und weiteren Technologien als wahr-scheinlichstesSzenarioan(sieheAbbildung6).

PtX-Technologien können außerdem helfen,diedurchdieunregelmäßigeEinspeisungdererneuerbarenEnergienauftretendenUngleich-gewichtezwischenEnergieangebotundEner-gienachfrageauszugleichen.Siefungierensoals wichtige Stabilisierung im Energiesystem(vgl.Kapitel4).DabeiwirdgeradeindieVari-ante„Power-to-Gas“HoffnungalslangfristigerEnergiespeicherzurÜberbrückungvon„Dun-kelflauten“ bei hohen Anteilen erneuerbarerEnergien gesetzt: Das mit Hilfe von StromdurchElektrolyseverfahrenerzeugteGaskanndirektindasbestehendeGasnetzeingespeistunddortinKavernengespeichertwerden.DiedirekteNutzungdesGasesoderdieRückver-stromungüberGaskraftwerkeingroßflächigerAnwendung bieten derzeit eine vielverspre-chendeAntwortaufdieFrage,wieräumlicheundzeitlicheLückenzwischenStromangebotundNachfrageingroßemMaßstabgeschlossenwerdenkönnen.Diestrifftinsbesonderedannzu, wenn in Zukunft deutlich weniger Treib-hausgase emittiert werden dürfen und imStrombereich so mehr undmehr konventio-nelleKraftwerkewegfallenwerden.Obindie-semSzenariodermassiveEinsatzvonPower-to-Gas (PtG) Anlagen oder die umfassendeEntwicklungalternativer Flexibilitätenwiedes

Netzausbaus,deseuropäischenStromausgleichsundintelligentsteuerbarerErzeugerundVer-braucher die kosteneffizienteste Lösung ist,wirdderzeitimDetaildiskutiert.AuchlängereDunkelflautenwerdenaberinjedemFalltech-nischbeherrschbarbleiben.

InBezugaufPrognosenfürdasZieljahr2050wird derzeit vonWissenschaftlern angenom-men,dassPtX-AnlagenvorallemindenSek-torenChemie undMobilität zurAnwendungkommen werden, während im Stromsektorauch Batteriespeicher weiterhin eine großeRolle spielen werden (siehe Abbildung 6).Eine zukunftsorientierte BetrachtungderAn-wendungsfällefürPtX-Technologiengehtalsoweit über das reine Speichern elektrischerEnergiehinaus.

AusSichtdesBMWiwirdPtGunterderVoraus-setzung einer kosteneffizienten Umsetzungder Energiewende und der ausreichendenVerfügbarkeit von anderen Flexibilitätsoptio-nen–nebendemerforderlichenNetzausbauauchflexiblereErzeugerundVerbrauchersowiederAustauschmit demAusland – im Strom-sektoraufabsehbareZeitwahrscheinlichnichtbesonders bedeutsam sein. Zudem ist ausSichtdesStromsystemseinedirektelektrischeNutzungvonerneuerbarerzeugtemStrominanderenSektorenaufgrunddeshöherenWir-kungsgradshäufigzubevorzugen.

WievielePtX-AnlageninZukunftwirklichge-brauchtwerden, hängt damit insgesamt vonderEntwicklungder erneuerbarenEnergien,denKostenalternativerLösungenzurSektor-kopplung und von Entscheidungen zur Be-schränkungvonTreibhausgasemissionenab.

275.1WassinddiewichtigstenAnwendungsfällefürPtX-Technologien?

5.1 Was sind die wichtigsten Anwendungs-fällefürPtX-Technologien?

Die technischenProblemederaktuelldisku-tierten PtX-Technologien sind nach überein-stimmenderEinschätzungallerExpertenindenGrundlagengelöst.EsstehtheuteeineViel-zahlanTechnologienunterschiedlicherReife-gradeausdiesemBereichzurVerfügung.DieenergiewirtschaftlichenPotenzialederwesent-lichen PtX-Technologien unterscheiden sichjedoch deutlich hinsichtlich ihrer Effizienz,FlexibilitätundWirtschaftlichkeitimaktuellenregulatorischen Umfeld. Im Folgenden wer-dendierelevantenPtX-TechnologienundihrederzeitigenAnwendungsfällekurzvorgestellt:

Power-to-Gas (PtG): Power-to-Gasbasiertaufdem Prinzip der Energiespeicherung durchKopplungvonStrom-undGasnetz.Dabeiwirderneuerbarer Strom zur Durchführung vonWasserelektrolyse genutzt, um synthetischerzeugten Wasserstoff herzustellen. Dieserkannentwederdirektstofflichgenutztoderindas Erdgasnetz eingespeist werden. Unter-suchungsergebnisse zeigen,dassdiebeste-hendeErdgasinfrastrukturfürca.5bis10Volu-menprozent Wasserstoff im Erdgasnetz ge-eignetist.UnterZugabevonKohlenstoffdioxidkannWasserstoffauchzuMethanweiterverar-beitet werden (Methanisierung). Das so er-zeugteMethankannebenfallsdirektinsGas-netzeingespeistundinKavernengespeichert

werden.DasowohldieTechnologiealsauchdieInfrastrukturzumEnergietransportundzurEnergiespeicherung bereits vorliegen unddas Gasnetz in Deutschland gut ausgebautist, können diese zukünftig vergleichsweisekostengünstiggenutztwerden.

Beachtet werden muss hierbei allerdings,dassdasnotwendigeKohlenstoffdioxidauchauf lange Sicht zur Verfügung stehenmuss,was angesichts des Wunsches einer immerstärkeren Dekarbonisierung nicht vorbehalt-losvorausgesetztwerdenkann.UnterdenEx-pertenwirdderzeitdieNutzungvonCO2ausBiogasanlagen, die Zuführung industriellerCO2-EmissionenundsogardieCO2-Abschei-dungausderLuftdiskutiert.

DerWirkungsgradbeiderVerfahrenliegtheutejeweilsbeica.80Prozent,wobeiinsbesondereWärmeverlustefüreineSenkungdesWirkungs-grades verantwortlich sind. Beziehtman dieRückverstromung des erzeugten Gases ein,lassen sichmit PtG-AnlagenWirkungsgradevon25bis30Prozenterzielen,diederzeit inTeilennochunterdenenmodernerkonventio-nellerKraftwerkeliegen.HinsichtlichderEffi-zienz der verschiedenen PtG-Anwendungenist bei der Methanisierung (katalytisch oderbiologisch)imVergleichzurWasserelektrolyse

Auf einen BlickPower-to-X-TechnologienwandelnStrom(Power)ineineandereEnergieform(X)um.BeiPower-to-GaswirdStromineinemchemischenVerfahrensprozess(Wasser-elektrolyse) zur Herstellung vonWasserstoff genutzt. In einemweiteren SchrittkannüberkatalytischeodermikrobiologischeVerfahren(Methanisierung)synthe-tischesMethangewonnenwerden.Power-to-Liquids stützt sichaufdasgleicheBasisverfahren zur Herstellung von flüssigen Kraftstoffen (e-fuels). Werden dieReaktionsprozesse noch auf Lastmanagement ausgeweitet, kann im BereichPower-to-ChemicalseineReihevonchemischenAusgangsstoffenfürdieindustrielleVerwendung hergestellt werden. Power-to-Heat schließlich wandelt Strom inWärmeum.

28 5.1WassinddiewichtigstenAnwendungsfällefürPtX-Technologien?

Abbildung7:VerwendungszweckefürStromauserneuerbarenEnergieninPtX-Verfahren,eigeneschematischeDarstellungnachFraunhoferIWES2016,PräsentationwährenddesFaktenchecksSpeicherIIinGießen.

StromauserneuerbarenEnergien

Power-to-Heat

Heizstab,Wärme-pumpe etc.

Wasser - elektrolyse

direkte Nutzung

Einspeisung ins Erdgasnetz

Stoffliche Nutzung

Methanisierung Fischer-Tropsch- Synthese

Power-to-Gas Power-to-Liquids

Wärme Strom Verkehr

Power-to-Chemicals

einzusätzlicherWandlungsschritterforderlich,derWirkungsgradverlustemitsichbringt.BeiderErzeugungvonWasserstoffistderVerlustzwarentsprechendgeringer,dafürentstehenggf. Zusatzkosten für notwendige Aufberei-tungsprozesse. Zudem ist die Aufnahme-kapazität des Erdgasnetzes für Wasserstoffbegrenzt.MitgroßflächigerAnwendungsindhierjedochFortschrittezuerwarten.

In Bezug auf die mittel- und langfristigeSpeicherung von Energie bietet die PtG-Technologie durchaus Potenziale. Zudem istdashergestellteGasvielfältig–undvorallemsaisonübergreifendinanderenSektorenein-setzbar.EinigederbeteiligtenExpertengehenaußerdem davon aus, dass die intelligenteVerknüpfung von PtG-Anlagen mit Strom-und Gasnetzen den erforderlichen AusbauderStromnetzelangfristigverringernkann.

Power-to-Liquids (PtL), Power-to-Chemicals (PtC): ImAnschlussandenkatalytischenElek-trolyseprozess zur Herstellung von Wasser-stoffkönnenunterweitererZugabevonKohlen-stoffdioxid auch flüssige Energieträger undKraftstoffe, sogenannte „e-fuels“ (Power-to-Liquids),oderweiterechemischeGrundstoffe

(Power-to-Chemicals)synthetisiertwerden.ImGegensatzzumPtG-VerfahrenfolgenbeiPtL-Verfahren weitere Prozessschritte, in denenmiteinerKohlenmonoxid-Reduktiongearbeitetwird. Das gewonnene Synthesegas wird inderFischer-Tropsch-SynthesezusynthetischemDiesel, Benzin, Kerosin,Wachsen und ande-ren Rohprodukten weiterverarbeitet. DieseStoffeeignensichvorallemfürdieindustrielleVerwendunginStahl-undGlaswerkensowiezurDüngemittelherstellung.(DieweitereVer-arbeitung zu beispielsweise Kosmetika wirdalsPower-to-Productsbezeichnet.)

Langfristig wird dem Bereich PtC damit eingroßesPotenzialbeiderVerringerungderTreib-hausgasemissionen verschiedener emissions-intensiverProduktionsprozessezugeschrieben.Regenerative flüssigeEnergieträgerwie PtL-Kraftstoffe(synthetischesKerosin)odersynthe-tischerWasserstoffkönnenschonmitheutigenMobilitäts-TechnologiengenutztwerdenundsindinsbesonderefürdenLuft-undSeeverkehrdieeinzigeAlternativezufossilenKraftstoffen.SoangetriebeneFahrzeugekönnenzueinerdeutlichen Verringerung der Treibhausgas-emissionendesVerkehrssektorsbeitragen.

295.1WassinddiewichtigstenAnwendungsfällefürPtX-Technologien?

Abbildung8:WasserelektrolyseundMethanisierungsprozess,eigeneschematischeDarstellungnachDENA2015.

SchwankendeStromerzeugungauserneuerbarenEnergien

Elektrolyse

Erdgasnetz

Industrielle Nutzung Mobilität Stromerzeugung Wärmeversorgung

Gasspeicher

Methanisierung

H2 H2

H2

CH4

Power-to-Heat (PtH): Wärmepumpennutzenelektrische Energie, um vorhandeneWärmeaus demBoden, der Luft oder demWasseraufzunehmen, zu verdichten und anschlie-ßend für den Betrieb einer Heizungsanlageeinzusetzen. Sie stellen eine sehr effizienteMöglichkeit für die Nutzung von Strom imWärmesektordar.BesondersimNeubauundin energetisch sanierten Gebäuden könnenleistungsstarkeWärmepumpeninKombinationmitWärmespeicherneffizienteingesetztwer-den.AndereMöglichkeitenderUmwandlung

vonStrominWärmesindetwagrößereElektro-kesseloderHeizstäbe,diez.B.beiderBereit-stellung von Hochtemperaturwärme fürbestimmte Industrieprozesse zum Einsatzkommen.Auch Stadtwerke und andereVer-sorger nutzen diese Techniken, die häufigalternativmitStromoderfossilenKraftstoffenangetrieben werden können, z.B. für Fern-wärmeversorgung. In vielen Fällen werdenPtH-Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplungs-Modulen (KWK)kombiniert,umdieEffizienzderGesamtanlagenochzusteigern.

30 5.2LohntsichderEinsatzvonPtX-Technologienbereitsheute?

5.2 Lohnt sich der Einsatz von PtX- Technologienbereitsheute?

AusgehendvonihrerBedeutungfürdieUm-setzung der Energiewende wird prognosti-ziert,dassPtX-Technologien inZukunft nochstärkerzumEinsatzkommenwerden.DieFrageist,abwanndasMarktumfeldunddieKosten-situation der einzelnen Technologien einenrentablenBetriebermöglichen.Beiderwirt-schaftlichenBewertungdereinzelnenTechno-logienistesallerdingsentscheidend,dassdiedurch sie ermöglichten Verknüpfungen mitanderenSektorenimEnergiesystemganzheit-lichbetrachtetwerden:BeispielsweisewerdenPtG-Anlagen niemals den „billigsten Strom“erzeugen. Der Systemnutzen von PtG wirdderzeitallerdingskaummonetärbewertet.Imengeren Sinne wirtschaftlich wird PtG abererstdann,wenneineBetrachtungdesGesamt-systems angestrengt wird, bei der weitereenergetische,ökologischeundökonomischeAspekteberücksichtigtwerden.

AusdieserPerspektiveistesangezeigt,überdie reinen Investitions- und BetriebskostensowiedieaktuellmöglichenErlösehinauszu-denken:PtX-Technologienkönnenz.B.einengroßenBeitragzurSenkungderTreibhausgas-emissioneninCO2-intensivenSektorenleisten,derbisher imMarktnochnichtwirtschaftlich

abgebildet wird. Sollte der Preis für CO2-EmissionszertifikatejedochinZukunftsteigen,würde sich die Situation deutlich ändern.EbensobietenPtX-TechnologienLösungenfürgrundsätzliche Probleme der EnergiewendewiebeispielsweisedieinZukunftnotwendige,langfristige Speicherung großer Energie-mengenan,dieohnesienichtzurVerfügungstehen würden. Selbstverständlich müssensichdieseLeistungenamMarktanzurVerfü-gungstehendenAlternativenmessenlassen,umdieEnergiewendesogünstigundeffizientwiemöglichumzusetzen.

MitsteigendenAnteilenerneuerbarerEnergien,mit sinkenden Stromkosten und restriktivenEmissionsvorschriften wird das MarktumfeldfürPtX-AnlageninZukunftattraktiverwerden(vgl.auchKapitel4.4).EsexistiertzudemeinsignifikantesKostensenkungspotenzialfürdieAnlagentechnik im Massenmarkt, das durchSkaleneffekte erschlossen werden kann. InzahlreichenPilotanlageninDeutschlandwer-den derzeit unterschiedliche PtX-Verfahrengetestetunddemonstriert,umBetriebserfah-rung zu sammeln und Effizienzpotenziale zuidentifizieren(sieheAbbildung9).

Auf einen BlickDerEinsatzvonPtX-TechnologienwirdinZukunftbeiderUmsetzungderSektor-kopplunghelfen.Aktuellistrelevant,wiederzeitnaheMarkteintrittsokostengüns-tigwiemöglichgestaltetwerdenkannundwelchegenauenPtX-AnwendungsfälleeineneffizientenEinsatzdesStromsinanderenSektorenauchgegenüberalterna-tivenAnsätzen sicherstellen.Dienochhohen InvestitionskostenunddieMarkt-bedingungenerschwerenderzeitdenrentablenEinsatzeinigerPtX-Technologien.AnderePtX-AnwendungenbefindensichschonanderGrenzezurMarktfähigkeitoderwieWärmepumpenbereitsimrentablenBetrieb.MitsteigendenAnteilenanerneuerbarenEnergienundrestriktiverenEmissionsvorschriftenwirddasMarkt-umfeldfürPtX-AnlageninZukunftattraktiverwerden.

315.2LohntsichderEinsatzvonPtX-Technologienbereitsheute?

Abbildung9:ÜbersichtaktuellerPtX-Projekte,StandFrühjahr2017,eigeneschematischeDarstellungnachDena,www.powertogas.info/power-to-gas/pilotprojekte-im-ueberblick.

Stromlückenfüller

EXYTRONDemonstrationsanlage

Wasserstofftankstelle HafenCity Windpark RH2-WKAWindGasHamburg

Audi e-gas Projekt

H2Herten

CO2rrect

BioPower2Gas

Energiepark Mainz

H2-ForschungszentrumCottbus

Methanisierung am Eichhof

HYPOSPower-to-Gas-PilotanlageAllendorf(Eder) RieselbettreaktorGICON-Großtechnikum

Multi-Energie-Tankstelle H2BER

EXYTRON Zero-Emission-Wohnpark

Wasserstofftankstelle Stuttgart Talstraße

ZSW-ForschungsplattformPower-to-Gas

Leuchtturmprojekt PtG-BW

ViessmannMikrobielleMethanisierung

Viessmann Power-to-Gas im Eucolino

Power-to-Gas-Biogasbooster

Windgas HaßfurtSmart Grid Solar

Sunfire Power-to-Liquids

RWE-Demonstrationsanlage

WindGas Falkenhagen

GrlnHy

bioCONNECT

Multi-Energie-Tankstelle H2BER

HybridkraftwerkPrenzlau

Power-2-Hydrogen-Tankstelle

in Planung in Bau inBetrieb

DiedurchPtG-Anlagenderzeit amMarkt zuerzielenden Erlöse reichen aufgrund der inRelationnochhohenAnlagenkostenundderanfallendenSteuernundAbgabennichtaus,umeineneigenständigenwirtschaftlichenBe-triebzuermöglichen.Dabeistelleninsbeson-dere die noch niedrige Volllaststundenzahlunddie Strombezugskosten eineHerausfor-derung dar. Entscheidende EinflussfaktorensindaußerdemdieInvestitionskostenfürdieElektrolyseunddieMethanisierung,diesichderzeitaufvergleichsweisehoheKostenvon1.500bis3.500EuroproKilowattelektrischeLeistungbelaufen,sowiedieeinfacheVerfüg-barkeit der chemischen Grundstoffe. NachAussagen der Betreiber befinden sich vielederbisher realisiertenAnlagenbereits naheanderGrenzezurWirtschaftlichkeit.Diebetei-

ligtenExpertenprognostizieren,dassbereitskleineVeränderungen,etwaeineReduzierungder Belastung durch die EEG-Umlage odereinsteigenderPreisfürCO2-Zertifikate,einenrentablenBetriebvonPtG-Anlagenermögli-chenwerden.

ImBereichPtH istdieWärmepumpebereitsalsHeizungsanlageinvielenHaushaltenimEin-satz.DasProblemderWärmepumpesinddierelativhohenAnschaffungskosten,diezwarimVergleich zu konventionellenGasbrennwert-heizungendurchgeringereBetriebs-undWar-tungskostenüberdieLaufzeitteilweisekom-pensiertwerden,insgesamtaberhäufignochabschreckendwirken.Hinzukommt,dasseinMindestmaßanenergetischerSanierung(Um-stellung der Gebäudeheizung auf niedrige

32 5.2LohntsichderEinsatzvonPtX-Technologienbereitsheute?

9 AnlagederFirmaSunfireausDresden,http://www.sunfire.de/de/(abgerufenam20.3.2017).

Vorlauftemperatur)fürdeneffizientenBetriebeinerWärmepumpeunerlässlichist.Zubeach-tenistallerdings,dassimRahmenderVerrin-gerungvonTreibhausgasemissionenimWärme-sektorauchGasheizungeninZukunftstärkerdurchteureres„grünesGas“,alsoausbioge-nenodernachwachsendenRohstoffenherge-stelltes Gas, betrieben werden müssen. SowerdenzukünftigauchdieKostenfürGashei-zungen steigen. Die Experten gehen davonaus,dasssichauchindiesemBereicheinMixaus effizienten direktverstromendenAnwen-dungen und anderen Lösungen einstellenwird. Im industriellen Maßstab liefert PtHdurchdieKombinationvonthermischenSpei-chernundgroßenKWK-Anlagenbereitsheutegute Ergebnisse: Mit Hilfe von Wärmespei-chern und einer intelligenten Fahrweise derAnlagen lässt sich die Strom- und Wärme-erzeugung der Anlagen flexibilisieren undeffizientergestalten.AufgrundderNachfragevonProzesswärmeinderindustriellenProduk-tion sind sinnvoll integrierte PtH-Anlagenheuteschonwirtschaftlich.Zusätzlicheelektri-scheHeizsystemeermöglicheneineIntegrationinsFernwärmenetz,welcheweitereVerdienst-möglichkeiten bereithält.Moderne,mit PtH-AnlagenkombinierteKWK-Technologienerlau-ben bemerkenswerteGesamtwirkungsgradevonetwa80bis95Prozentundwerdenauf-grund dieser hohen Effizienz bei stärkererNachfrage erneuerbarer Wärmeversorgunggroße wirtschaftliche Potenziale aufweisen.DiskutiertwirdimZusammenhangmitindus-triellen PtH-Anlagen außerdem, wie Wegegeschaffenwerdenkönnen,kurzfristigvorhan-denenÜberschussstromüberdieAnlagenzunutzenunddamitzusätzlichzurNetzstabilisie-rung beizutragen. Hier entwickelt sich einweitererMarkt.

Im Bereich von PtL und PtC spielen im Ver-gleichzuPtGähnlicheEinflussfaktorenbeiderWirtschaftlichkeitsbetrachtung eine Rolle, daessichindenmeistenFällenumeineVerlän-gerung der in PtG-Anlagen stattfindendenchemischen Prozesskette handelt: Strombe-zugskosten, die Investitionskosten sowie dieBetriebsstunden der Anlagen definieren dieBetriebseffizienz. Der Absatzmarkt etwa imBereichsynthetischerKraftstoffehängtzudemstarkvonpolitischenRegulierungenab.Hinzukommt,dassderMassenmarktinZukunftwahr-scheinlichehervonelektrischerMobilitätdomi-niertwerdenwird,währendsynthetischeKraft-stoffeundBrennstoffzellenihrenEinsatzwahr-scheinlicheherinabgegrenztenEinsatzgebie-tenwiedemGüterverkehr,demÖPNVoderinSchiffenundFlugzeugenfindenwerden.

DiemeistenAnlagenbefindensichzwarnochim Testbetrieb, ein innovatives Elektrolyse-verfahren schaffteallerdings schon2015denSprung in den kommerziellen Vertrieb: EinereversibleHochtemperatur-Elektrolyse(RSOC)produziert aus Wind- oder Solarstrom undWasserstoffsynthetischesKerosinzumEinsatzin Fahrzeugen und ermöglicht damit denÜbergang vom Stromsektor in den Chemie-und Kraftstoffsektor.9 In Zeiten hoher Strom-nachfragekanndieAnlageaußerdemauchalsBrennstoffzelle zur Stromerzeugung genutztwerdenundSpitzenlastenabfedern.DerGe-samtwirkungsgradder vielseitigenTechnolo-gie liegt bei 85 Prozent. Diese und ähnlicheAnlagentypen können den Bereich PtC/PtLrechtzügigindieGewinnzoneführen.

335.3WiekanndieSektorkopplunginDeutschlandzügigumgesetztwerden?

5.3 Wie kann die Sektorkopplung in Deutschlandzügigumgesetztwerden?

PtX-Technologienundvieleweiteredirekt-elektrischeAnwendungenbauendieBrückezwischen den einzelnen Sektoren, indemsieerneuerbarerzeugtenStromspeichern,direkt nutzen oder damit Produkte erzeu-gen, die in anderen Bereichen intelligentgenutzt werden können. Für eine zügigeUmsetzungder Sektorkopplung sinddes-wegen die energiepolitischen Rahmen-bedingungen in den jeweiligen Sektorenentscheidend,dieAnreize füreine zügigeMarkteinführungdernotwendigenTechno-logien schaffen. Wichtig ist in diesemZusammenhangaußerdem,dieGrundlagen-forschungundWeiterentwicklungderunter-schiedlichenAnlagentypenzufördernundbesonders effiziente Lösungen schnell indenMarktzuintegrieren.MitbesonderemFokusaufPtX-TechnologienwerdenimFol-gendeneinigeumsetzungsrelevanteAspektevorgestellt.

EineReihevonInitiativenundFörderungs-maßnahmenbietetheuteUnterstützunginderForschungundEntwicklungsowiederkonkretenUmsetzungvonPtX-Projektenan.Insbesondere die groß angelegte Förder-initiative„Kopernikus-Projekt,Power-to-X“ 10beschäftigt sich mit der BeantwortungzentralerFragenzurUmwandlungerneuer-barenStromsinstofflicheEnergiespeicher,EnergieträgerundenergieintensiveChemie-produkte. Zahlreiche Forschungseinrich-tungen, Industrieunternehmen und zivil-gesellschaftlicheOrganisationensinddaranbeteiligt.DasProjektistaufzehnJahreaus-gelegt,dabeistelltdasBundesministeriumfürBildungundForschung (BMBF) fürdieerstendrei Jahre rund 120MillionenEuroan Fördergeldern bereit, bis 2025 sollenweitere 280MillionenEuro zurVerfügunggestelltwerden.

10 https://www.kopernikus-projekte.de/(abgerufenam27.03.2017)

Auf einen BlickWichtigist,denMarkteintrittvonPtX-Technologiengenaudortzuforcieren,wosiedie beste Alternative zur Kopplung bestimmter Sektoren liefern. Eine Reihegrößerer staatlicherFörderinitiativenunterstütztUnternehmenundForschungs-einrichtungen dabei, die Effizienz von PtX-Anlagen zu erhöhen und hilft beiAnfangsinvestitionen.NebentechnologischenFörderinitiativenundMarkteintritts-programmensindinsbesonderedieenergiepolitischenRahmenbedingungeninden jeweiligen Sektoren entscheidend. Auch in Bezug auf sektorspezifischeRegulierungenwerdenvoneinigenExpertenAnpassungengefordert,effizientePtX-AnlagenindenMarktzubringen.

34 5.3WiekanndieSektorkopplunginDeutschlandzügigumgesetztwerden?

Aber auch bereits gesetzlich verankerteUnterstützungenhelfenbeiderkonkretenUmsetzungvonVorhabenderSektorkopp-lung: Die Neuerrichtung einzelner BHKWbis 20 kW in Gebäuden wird seit Anfang2015vomBundesumweltministeriumgemäßder „Richtlinie zur Förderung von KWK-Anlagenbis20kWel“ 11gefördert.ZieldiesesProgrammsistes,dieangehendenAnlagen-betreiberbesondersbeiderAnfangsinves-titionineineMini-KWK-Anlagefinanziellzuunterstützen. Daneben existieren weitereFörderprogramme,dieTeilbereichederEnt-wicklungvonPtX-Technologienunterstützen,wiebeispielsweisedas6.Energieforschungs-programmderBundesregierung12oderdasMarktanreizprogramm13 für erneuerbareEnergienimWärmemarktdesBMWi.

NebendenimVergleichbreitaufgestelltenFördermöglichkeitenistesausSichteinigerderbeteiligtenExpertenaußerdemwichtig,die regulatorischen Rahmenbedingungensoanzupassen,dassweitereAnreizefürdieEntwicklung von PtX-Anlagen geschaffenwerden. Die laufende intensive politischeDiskussionumeineweitereReformdesEEGzur Stärkung von Energiespeichern zeigt,dass diese Fragen bereits Teil des politi-schen Aushandlungsprozesses sind. Hierbestehen im Detail jedoch noch unter-schiedliche Auffassungen zu möglichenMaßnahmen. Neben der bereits in Bezugauf Stromspeicher geforderten BefreiungderEnergiespeichervonLetztverbraucher-abgaben wie der EEG-Umlage schlageneinige der am Faktencheck beteiligtenExperten weitere Handlungsoptionen zurschnellerenMarktfähigkeitvor,u.a.:

• DieAnerkennungvonWasserstoffundMethanauserneuerbarenEnergienalsBiokraftstoffimBundesimmissionsschutz-gesetz (Umsetzung der entsprechen-denEU-RichtlinieinnationalesRecht).

• Eine Verlängerung der Energiesteuer-ermäßigungfürErdgasalsKraftstoff.

• EineAnpassungdesErneuerbare-Ener-gien-Wärmgesetzes14, umeine techno-logieneutrale Nutzung von Solarstrah-lungzuermöglichen.

• EineAnpassungdesEEG(§27a):Förde-rung sollte auch bei Eigenverbraucherfolgen,umKraft-Wärme-KopplungmitWindzuermöglichen.

Abseits der regulatorischen Details sindsichdieExpertenimGrundsatzeinig:PtX-TechnologienstehenbereitfürdenMarkt-eintritt und die erforderliche Infrastrukturistweitgehendvorhanden15.DamitDeutsch-landdieKlimazielebis2050erreichenkannundauchweiterhinMarktführerbeiinnova-tivenSpeichertechnologienundderenAn-wendungen bleibt, sollten geeignete undfaireMarktbedingungengeschaffenwerden,die eine wirtschaftliche MarkteinführungvonPtX-Technologienermöglichen.SokanndienotwendigeSektorkopplung–alsGarantfür ein Gelingen der Energiewende – be-schleunigtwerden.

11 RichtliniezurFörderungvonKWK-Anlagenbis20kWel(Mini-KWK-Richtlinie)desBMUBvom15.Dezember2014.12 6.EnergieforschungsprogrammderBundesregierung,Forschungfüreineumweltschonende,zuverlässigeundbezahlbareEnergieversorgungvonJuli2011.

13Marktanreizprogramm(MAP)–WärmeerzeugungmiterneuerbarenEnergiendesBMWivom1.April2015.14 Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz(EEWärmeG),am1.Januar2009inKraftgetreten.15 EinigeTechnologienbefindensichbereitsimflächendeckendenEinsatz:ImBereichPtHsindschonüber700.000Wärme-pumpeninDeutschlandinstalliert,jährlichkommenca.50.000hinzu.

35

Speicher- technologien inderPraxis

36 6.1Anwendernetzwerksolbat–GeschäftsmodelleimBereichSpeichertechnologien

6.1Anwendernetzwerksolbat–Geschäfts-modelle im Bereich Speichertechnologien

solbatisteinoffenesAnwendernetzwerkmitPartnernentlangderganzenWertschöpfungskette,vomStartupbiszumWeltkonzern.GestartetimJahr2013,erprobendiePartnergemeinsamLösungenfürdieErzeugung,Speicherung und Vermarktung von erneuerbarenEnergienmitdemZiel,möglichstschnellundkosten-günstig zu lernen,was imMarkterfolgreich ist. ImFokusstehendabeineueGeschäftsmodelle.Koordi-niertwirddasNetzwerkvonschäfflersinnogy.Abbildung10:solbat–AnwenderforumfürEnergiespeicher(Quelle:schäfflersinnogy).

SCHÄFFLER SINNOGY

GeschäftsmodellemitBatterie-speichern

Je nach Anwendungsfall von Energiespei-chern, wie z.B. Batteriespeichersystemen,findensichverschiedeneGeschäftsmodelleentlangderWertschöpfungskettevonLiefe-ranten-überAnbieter-bishinzuBetreiber-modellen. Das Eigennutzungsmodell be-schreibt beispielsweise PV-Anlagen mitBatteriespeichern in kommunalen AnlagenwieeinemRathaus,einerSchuleodereinemBetriebshof inVerknüpfungmitVerteilnetz-betreibern und Energieversorgungsunter-nehmen. Das in Abbildung 12 dargestellteSchwarmmodellintegriertzudemdieerzeug-bare Regelleistung über einen Energie-dienstleisterindieWertschöpfung.

mikroVKK–virtuelleKraftwerkemitkleinen Anlagen

DasDemonstrationsprojektmikroVKKwurdevomsolbat-Anwendernetzwerk initiiertunduntersucht die Wirtschaftlichkeit und dasSmart-Grid-PotenzialvonvirtuellenKraftwerkenmitvernetztenMikro-undMini-Blockheizkraft-werkeninüber50Projekten.ZehnStadtwerke,GridSystronicEnergy,schäfflersinnogysowiedie Hochschule Offenburg arbeiten dabeialsProjektpartnerzusammen.

solbat–einoffenesAnwender-netzwerk

Das2013gegründeteNetzwerksolbatisteinoffenesAnwendernetzwerkfürEnergiespei-cher und Lösungen für die Energiewende.Rund30Partner(Abb.11)–vomForschungs-institutbiszumStadtwerk,vomStart-upbiszumWeltkonzern–arbeitenzusammen,umgemeinsamschnellerzulernen,wasimMarkterfolgreichist,undsoKostenundRisikenzureduzieren.PraxispartnerimsolbatNetzwerksindausschließlichAkteure,dieeigenePro-jekteumsetzen.ViermalimJahrtreffensichdiePartnermitReferentenundSchnupper-gästen in einem Anwenderforum, um ihreErfahrungenauszutauschenundneueWerk-zeugeundMethodeninWorkshopskennen-zulernen.ThematischbefasstsichdasNetzwerkmit Projekten zu Batteriespeichersystemen,Primärregelleistung mit Batteriespeicher-systemen,lokalenvirtuellenKraftwerkenmitvernetzten Mikro- und Mini-Blockheizkraft-werken,QuartierspeicherundPV-Mieterstrom.

376.1Anwendernetzwerksolbat–GeschäftsmodelleimBereichSpeichertechnologien

Abbildung11:Partnerdessolbat-Anwendernetzwerkes(Quelle:schäfflersinnogy).

DATEN UND FAKTEN KONTAKT

Projektbezeichnung: solbat-Anwendernetzwerk

Projektpartner: Ca.30PartnerentlangderWertschöpfungskette,vomStart-upbiszumWeltkonzern

Gründung des Netzwerkes: 2013Standort:FreiburgimBreisgau

Dr. Harald Schäffler Geschäftsführer/GründerdesAnwendernetzwerkessolbat

schäffler sinnogy Kartäuserstraße4979102FreiburgTelefon:+49(0)76120551470E-Mail:hallo@sinnogy.deWeb:www.solbat.dewww.schaeffler-sinnogy.de

Abbildung12:GeschäftsmodellBatteriespeicherimSchwarmmodell(Quelle:schäfflersinnogy).

PV-Batteriespeicher- system-Betreiber

Endkunde

Energie(Tag/Nacht)

Regelleistung

Verteilnetz-betreiber

Installateur

Kommunale AnlageRathaus,Schule,Betriebshof

Leistung(min.)Energie-

versorgungs-unternehmen/

Lieferant

Energie-dienstleister

Batterie-speicher-

system

PV-System

38 6.2Power-to-Gas-DemonstrationsanlageAllendorf(Eder)

6.2Power-to-Gas-DemonstrationsanlageAllendorf(Eder)

IneineminnovativenBioPower2Gas-Projektwirdinei-nerDemonstrationsanlageinAllendorf(Eder)seitAn-fang2015ausregenerativemStromundKohlenstoff-dioxid synthetisches Biomethan hergestellt. MittelsPEM-Elektrolyse wird in einem ersten Schritt durchEinsatzvonerneuerbaremStromausWasserWasser-stofferzeugt.ImzweitenSchrittwirdausdemWasser-stoff zusammen mit Kohlenstoffdioxid aus der be-nachbartenBiogasanlageübereinmikrobiologischesVerfahrensynthetischesBiomethangewonnen.Abbildung13:BioPower2Gas,DemonstrationsanlageinAllendorf(Eder)–(Quelle:MicrobEnergyGmbH).

MICROBENERGY GMBH, VIESSMANN GROUP

biologischen Gärprozessen). Aus energie-wirtschaftlichenGründenbietetsichalseffi-zientesteCO2-QuellemitdengrößtenSyn-ergienderBiogas-undKläranlagenbestandan,dennhierkannbestehendeInfrastruktur(Fermenter,Transformatoren,Strom-undGas-netzanschlüsseetc.)optimalgenutztwerden.

Gute CO2-BilanzfördertAbsatz

DieAllendorferAnlage (Abb. 13) ist durchden TÜV SÜD und REDcert-EU zertifiziert,wodurcheineVermarktungdessynthetischenMethans ermöglicht wird. Die sehr guteCO2-BilanzunddiehoheTreibhausgasmin-derungmachendasGas insbesondere fürdenKraftstoffmarkt,aberauchfürdenEin-satzinBlockheizkraftwerkenundimWärme-sektor interessant. Mit der gespeichertenGasmengelassensichinetwa750.000kmStrecke jährlichmit einem Erdgas-Pkw zu-rücklegen.

Aktuelle Herausforderungen

DieMicrobEnergyGmbHkonzentriert sichderzeit vor allem auf eine weitergehendeSenkung der Anlagenkosten und will dasVerfahrenzunehmendstandardisierenundmodularisieren.Mittlerweileistesgelungen,

Vorteilederbiologischen Methanisierung

DieErzeugungvonMethanineinerPower-to-Gas-AnlageerfolgtinzweiSchritten(Abb.15). Zunächst wird der Überschussstrom ineinerElektrolyseverwendet,umausWasserWasserstoffherzustellen,derdannineinembiologischenVerfahreninMethanumgewan-deltwird.DieserzweiteSchritt,dieMethani-sierung,wirdmitHilfevonhochspezialisiertenMikroorganismen (sogenanntenArchaeen)durchgeführt.DiebiologischeMethanisierungisteinfachundstelltkeinehohenAnsprücheandieVerfahrenstechnikoderdieQualitätdereingesetztenGase.DerUmwandlungs-prozessvonWasserstoffzuMethanfindetbeiTemperaturenvonca.60°Cund imMittel-druckbereich(<15bar)statt.DieMikroorga-nismenbenötigenkeinespeziellgereinigtenAusgangsgase und die An- undAbschalt-zeitendesmikrobiologischenProzessessindsehr kurz (wenige Sekunden). Diese Flexi-bilitätistfürdieNutzungdesfluktuierendenÜberschussstroms von großem Vorteil.Eine einspeisefähige Produktgasqualitätvon > 98 Prozent Methan kann ohne auf-wendige Nachreinigung in einem Verfah-rensschritterzieltwerden.DasKohlendioxidkann beliebigen Ursprungs sein (z.B. aus

396.2Power-to-Gas-DemonstrationsanlageAllendorf(Eder)

eineAnlagentechnologiezuentwickeln,diezukünftigproblemlos skaliertwerdenkannundkeinewesentlichentechnischenVerän-derungenmehrbenötigt.DieaktuellgrößereHerausforderung liegt in der SenkungderBetriebskosten:DieenergiewirtschaftlichenRahmenbedingungen lassen für Power-to-Gas-AnlagenkeineBetreiber-undGeschäfts-modelle zu. Stromspeicher wie Power-to-

Abbildung14:MikrobiologischeMethanisierung(Quelle:MicrobEnergyGmbH).

DATEN UND FAKTEN KONTAKT

Projektbezeichnung:BioPower2Gaswww.biopower2gas.de

Projektpartner:MicrobEnergyGmbH,EnergieNetzMitteGmbH,EAMEnergiePlusGmbH,CUBEEngineeringGmbH,Institutdezen-traleEnergietechnologieGmbH

Anlagengröße: 300kWelektr.Anschluss,60Nm³/hWasserstoff,15Nm³/hsynthetischesMethanInbetriebnahme:März2015

Thomas Heller Dipl.-Ing.Mechatronik(BA)BereichsleiterPower-to-Gas–Projektentwicklung

MicrobEnergy GmbH Bayernwerk892321SchwandorfTelefon:+49(0)9431751190E-Mail:thomas.heller@microbenergy.comWeb:www.microbenergy.com

Abbildung15:DerWegvomStrominsGasnetz(Quelle:MicrobEnergyGmbH).

Stromüberschuss

Methan wird direkt in das Erdgasnetzeingespeist

Strom-/Gasnetz

Aus Wasserstoff wird unter Einwirkung von Mikroorganismen und CO2 synthetisches Methan

MethanisierungElektrolyse

Gewinnung vonWasserstoff ausÜberschussstrom

Gas-Anlagensindaufgrunddervorliegendenregulatorischen Rahmenbedingungen alsStromletztverbrauchereingeordnet.Dadurchergibt sich der gravierendeNachteil, dassjede Kilowattstunde des zu speicherndenStromsmit der EEG-Umlage belastet wirdundsoumetwa300ProzenterhöhteStrom-bezugskosten für den Anlagenbetriebentstehen (ca. 2 ct/kWh Netto-Strompreis,zusätzlich6ct/kWhEEG-Umlage).Einrenta-bler Betrieb ist so nicht möglich. Derzeitbelaufen sich die Produktionskosten füreine Kilowattstunde synthetisches Methannochaufrund25Cent.OhnedieEEG-UmlageunddurchdenBau vonweiterenAnlagenkönntenPreisevon rund 10CentprokWhGaskünftigmöglichwerden.ImMomentistdieAnlagesomitprimärfürdenMobilitäts-sektorattraktiv,derdashoheTreibhausgas-minderungspotenzialdesGaseszuschätzenweißunddementsprechendbereitist,einenhöherenPreiszuzahlen.

40 6.3Power-to-Gas-AnlageHamburg-Reitbrook

InHamburg-Reitbrookwandeltseit2015einePower-to-Gas-Anlage regenerativ erzeugten Strom inWasserstoff um und speist diesen ins Erdgasnetzein.Erstmals istesmöglich,mittelsdesspeziellenElektrolyseverfahrens„ProtonExchangeMembrane(PEM)“ineinerPtG-Anlageausrund1,5MegawatterneuerbaremStrominkompakterBauweisegrünenWasserstoffzuerzeugen.Abbildung16:Power-to-Gas-AnlageinHamburg-Reitbrook(Quelle:UniperEnergyStorageGmbH).

UNIPER ENERGY STORAGE GMBH

6.3Power-to-Gas-AnlageHamburg-Reitbrook

Innovative PEM-Elektrolyse für Power-to-Gas-Anlagen

DasHamburgerModellprojekt zielt daraufab,denwindenergiereichenNordenmitdemEnergienetz der industriellen Verbrauchs-zentren inanderenTeilenDeutschlandszuverbinden. Das innovative PtG-VerfahrenspeichertEnergieauserneuerbarenQuellen,vornehmlich Wind- und Solarkraft, indemmit Hilfe von Strom Wasserstoff erzeugtwird.SohilftdieAnlagedabei,Erzeugungund Verbrauch aufeinander abzustimmen.Der entscheidende Vorteil der neuartigenAnlage inHamburg liegtdarin,dass sie inBezug auf Effizienz und Betriebsdynamikeine deutliche Verbesserung im Vergleichzu älteren PtG-Konzepten aufweist. MiteinemhohenAusgangsdruckvon25baristzudemkeinKompressorfürdieEinspeisungindasErdgasnetzerforderlichunddieLeis-tungsfähigkeitderPEMistsogarum50Pro-zentbesseralsursprünglichgeplant.

EinesemipermeablePolymembranerzeugtbeiderPEM-ElektrolyseunterhohemDruckander ElektrodeWasserstoff (Abb. 17). ImGegensatz zu alkalischen ElektrolyseurenhabendiePEM-EinheiteneinebessereLeis-tungsdynamikundeinendeutlichgeringe-renPlatzbedarf.ZieldesHamburgerProjek-

tes ist es,die regenerativeProduktion vonWasserstoff durch diese neue Verfahrens-technikauflangeSichtwirtschaftlicherwer-denzulassen.ZudemsollesinderGesamt-schau dabei helfen, das Stromnetz durch

Abbildung17:FunktionsweisederPEM-Elektrolyse(Quelle:UniperEnergyStorageGmbH).

H2O

0,5 O2H2

H+

AnodeKathode

AnodenreaktionH2O 0,5 O2 + 2H+ + 2e-

Kathodenreaktion2H+ + 2e- H2________________________ Gesamtreaktion:H2O+WärmeH2 + 0,5 O2(endothermeReaktion)

416.3Power-to-Gas-AnlageHamburg-Reitbrook

dieNutzungdesErdgasnetzeszuentlasten.Mit dem Betrieb der Elektrolyseur-AnlagekönnenErfahrungeninderAnwendungundBewertunggesammeltundpotenzielleneueAnwendungsbereichewiedieWasserstoff-Mobilitätgetestetwerden.DerEinsatzdeshocheffizientenMembranelektrolyseverfah-rens unterstützt so die Verbreitung vonPower-to-Gas-Speicherlösungenfürerneuer-bareEnergien.

Aktuelle Herausforderungen und zentrale Fragestellungen

TechnischundimBereichderAnlagenkos-ten macht die PtG-Anlage in Hamburg-Reitbrook deutlich, dass die wesentlichenAspektederTechnologieausgereiftundfürdie skalierbare Massenproduktion bereitvorliegen.FüreinenoptimalenEinsatzderAnlagebedarfesinAnalogiezuBeispiel6.2jedochangepassterregulatorischerRahmen-bedingungen:ZumeinensolltedieEnergie-speicherung (z.B. über PtG-Anlagen) alsweitererwichtigerBausteininderEnergie-wirtschaftanerkanntundmiteinementspre-chendentechnologieoffenenRechtsrahmensowie der Befreiung von Umlagen ausge-staltetwerden.Derzeit ist imWesentlichendieEntrichtungderEEG-Umlageaufdenzu

DATEN UND FAKTEN KONTAKT

Projektbezeichnung:Power-to-GasAnlageHamburg-Reitbrook

Projektpartner:Uniper,HanseWerkAG,HydrogenicsGmbH,GreenerityGmbH,Fraunhofer-InstitutfürSolareEnergiesysteme(ISE)undDeutschesZentrumfürLuft-undRaumfahrt(DLR)

Elektrische Leistung:1,5MWelWasserstofferzeugung:290m³/hInbetriebnahme:14.10.2015

René SchoofFachabteilungsleiterOperationalPerformanceSurfaceStorageFacilities

Uniper Energy Storage GmbHRuhrallee8045136Essen

Telefon:+49(0)20194614565E-Mail:Rene.Schoof@uniper.energyWeb:www.uniper.energy/de

Abbildung18:Hydrogenics1,5MWsingleStackPEMElektrolyseur(Quelle:HydrogenicsGmbH).

speichernden Strom ein Hindernis für dieRentabilität der Anlage. Zum anderen be-steht weiterer Forschungsbedarf, um dieInvestitionskosten so weit wie möglich zusenken.

6.4SWIVT:SiedlungsbausteinefürbestehendeWohnquartiere–ImpulsezurVernetzung energieeffizienterTechnologien

Ziel des SWIVT-Forschungsvorhabens ist die Ent-wicklungeinerSiedlungsstrategie,dieneuartigeundregenerativeEnergieerzeugungs-und-speicherungs-konzepteinBestandssiedlungenintegriert.ImFokusdesVerbundprojektesstehteinevollständigeener-getischeSanierung von fünfGebäuden imDarm-städterStadtteilBessungen.ImVergleichzuherkömm-lichenSanierungsmethodensolleineummindestens30ProzentbessereEnergiebilanzerreichtwerden.Abbildung19:PostsiedlungimDarmstädterStadtteilBessungen(Quelle:TUDarmstadt).

TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT

zeptewiediesekönnendasNetzentlastenundfürmehrFlexibilitätsorgen.Dermöglichehohe Eigenverbrauchsanteil unddieNetz-abpufferungkommenaberauchdenEndver-brauchernzugute,dasoPreisoptimierungendurchgeführtwerdenkönnen.ImGegensatzzueinzelnkonzipiertenPlusenergiehäusern,die zwar einen Energieüberschuss liefern,aberalsPufferaufdasöffentlicheNetzzu-rückgreifenmüssen,bietetdieBetrachtungaufSiedlungs-undQuartiersebenevorteil-hafteSkaleneffekte.DurchdieReduzierungdes stochastischenAnteils desVerbrauchswirddiedezentraleVersorgungerleichtert.

Aktuelle Herausforderungen

DerzeitstehtinderProjektarbeitdieErstel-lungeines Planungs- undVordimensionie-rungswegs fürdieRegelungsstrategieundZusammenführungderverschiedenenener-gieerzeugenden, -wandelnden und -spei-cherndenSystemeimFokus(Abb.21).EineweitereHerausforderunginProjektendieserArtstelltdieEinbeziehungallerAkteure,de-renBereitschaftundeingutverteiltes,hohesInformationsniveau dar. Im SWIVT-ProjektwirddiesdurchumfangreicheKommunikationundeinegutzugänglicheDatenbasiserreicht.

PlusenergiebausteinefürBestands-siedlungen

Für die Erreichung der energiepolitischenZieledernächstenJahrzehntestelltdieeffi-ziente Energienutzung bei Renovierungs-projektenimImmobilienbestandeinewich-tigeKomponentedar.DasVerbundprojektSWIVTverfolgtdasZiel,unterEinsatzneuar-tigerEnergietechnologieneinevorhandeneSiedlungimDarmstädterStadtteilBessungenintelligentzuvernetzenundnachzuverdich-ten(Abb.19).DasgroßePotenzialvonSied-lungsbausteinenbestehtdarin,gezieltindensozialenRaumvonindieJahregekommenenSiedlungen einzugreifen und diese nach-haltigaufzuwerten.ImIdealfallistdiezuent-wickelndeStrategiemodular,damitsieaufähnliche Siedlungsstrukturen übertragenwerdenkann.

DievierBestandsgebäudeimRaumDarmstadtwerdenmitneuentwickelten„Plusenergie-bausteinen“vernetztundsaniert.Nebenhoch-wertigemWohnraumbestehtderBausteinaus innovativen Komponenten zur Erzeu-gung,SpeicherungundVernetzungvonStromundWärmesowieeinemthermoelektrischenSteuerungskonzept(Abb.20).Siedlungskon-

6.4SWIVT:SiedlungsbausteinefürbestehendeWohnquartiere42

Seite komplett neu umbrechen

InterdisziplinäreKenntnisseundausführlicheKommunikationbenötigennebendenAkteu-ren auch die Planer, um funktionierendeund rentable Systeme zu entwickeln. EinGroßteil der Einzelteile von Lithium- undkinetischen Ionenspeichern bietet bereitseinehoheMarktreifeundWirtschaftlichkeit.DieRegelungunddasZusammenspieldereinzelnen Komponenten und die dadurchmögliche Verlängerung der Lebensdauerund die Erhöhung des AusnutzungsgradssindnochinderUntersuchung.

DATEN UND FAKTEN KONTAKT

Projektbezeichnung:SWIVT:SiedlungsbausteinefürbestehendeWohnquartiere

Projektpartner:UniversitätStuttgart,AKASOLGmbH,BauvereinAG,HSEAG,BilfingerBauperformanceGmbH,AutarqGmbH&Co.KG,SMASolarTechnologyAG

Laufzeit:1.12.2014–30.11.2017Standort:DarmstadtBessungenInbetriebnahme:inPlanung

Mira Conci M.Sc.Projektleiterin–wissenschaftlicheMitarbeiterin

Technische Universität Darmstadt SWIVTFranziska-Braun-Straße363287Darmstadt

Telefon:+49(0)61511623035E-Mail:conci@ismd.tu-darmstadt.deWeb:www.swivt.de

Abbildung20:Plusenergiesiedlung(Quelle:TUDarmstadt).

Abbildung21:IntegrierungeinesPlusenergiebausteinsineinesanierteSiedlung(Quelle:TUDarmstadt).

Netzknoten

Leistungsanforderungen

Prosumer

MesswerteEnergie-speicher-systeme

Leit-rechner

Baus

tein

Parameter

6.4SWIVT:SiedlungsbausteinefürbestehendeWohnquartiere 43

Seite komplett neu umbrechen

44 6.5Schwarmbatterie

6.5Schwarmbatterie

ZunehmenderzeugenprivateHaushalteinDeutsch-landStrom,dessenenormesPotenzialfürdenEnergie-marktgenutztwerdenkann.ZielderSchwarmbatterieist es, lokale Speicher,die vernetzt eine immenseSchwarmbatterieergeben,mitEnergiemanagementinFormeinesSchwarmdirigentenintelligentindieStrommärktezuintegrieren.DadurchsolldieNetz-undMarktintegration vonPhotovoltaik,Blockheiz-kraftwerkenunddezentralenSpeichernweitervoran-getriebenwerden.DafürkooperierenderinHessenansässigeSpezialistfürPhotovoltaik-SystemtechnikSMASolarTechnologyAG(SMA)unddasEnergie-undIT-UnternehmenLichtBlick.Abbildung22:„Smarthomeflexiblestorage“-Anwendung(Quelle:SMA).

SMA SOLAR TECHNOLOGY AG

bedarfsorientiert Sonnen- und Windstrombei erhöhter Nachfrage zentral gesteuertinsNetz einspeisen oder bei einemÜber-angebotaufnehmenundzwischenspeichern.

Vorteile der dezentralen Schwarm-batterie

DieVorteilediesesProjektessindvielseitig:DieflächendeckendeNutzungvonSchwarm-batterieninKombinationmitderBündelungund Steuerung durch Schwarmdirigentenkann dazu beitragen, die Energiewendevoranzutreibenunddenweiterengroßräu-migenLeitungsausbauinSchwarmbatterie-Regionenzuumgehen.EinweitererVorteilder Schwarmbatterie ergibt sich aus derTatsache,dassPlanungundUmsetzungalsdezentraleSpeichertechnologiedirektbeimprivaten Nutzer erfolgen (Abb. 24). SomitobliegendieStandortwahlundInvestitions-frage dem Kunden selbst. So können auf-wendigeVerwaltungs-undGenehmigungs-verfahreninderEtablierungeinergrößerenBatteriespeicherkapazitätwieeinesBatterie-kraftwerks umgangen werden. Darüberhinaus können positive Effekte auf der

Bedarfsorientierter Schwarmdirigent

DasZielvonSMASolarTechnologyAGundLichtBlick ist die Öffnung und gezielte,vielfältigeVermarktungvoninnovativerde-zentralerSpeicherleistung.MitdemEinsatzvon dezentralen Speichern können Privat-personenihrendurchz.B.PV-AnlagenselbsterzeugtenStromnichtnursofortdirekt,son-dernauchbeiBedarfindenAbendstundenoder bei Bewölkung nutzen. Der ersteSchritt indieUnabhängigkeitvonEnergie-konzernenundsteigendenStromkostenwäresomit gemacht. Mit Hilfe eines Schwarm-dirigenten optimiert sich jedoch nicht nurdieeigeneprivateNutzungdesSpeichers,sondern auch die effiziente Nutzung überdieprivateGrundstücksgrenzehinaus.Hier-für haben SMA Solar Technology AG undLichtBlick die Plattform „Schwarmdirigent“entwickelt (Abb. 23). Ziel dieses Schwarm-dirigenten istes, vielekleineBatterienausden Privathaushalten miteinander zu ver-knüpfen, um daraus schließlich einen leis-tungsstarkenSchwarmspeicherzuentwickeln.Schwarmbatteriensindsomituntereinandervernetztundkönnenfolglichintelligentund

456.5Schwarmbatterie

Verteilnetzebene erzielt werden, da diedezentralenSpeicherzurSpannungshaltungbeitragen können, wodurch das Verteiler-netzentlastetwirdundeinAusbauvermiedenwerden kann. Die Nutzung der Schwarm-batterieführtinsgesamtzumehrUnabhän-gigkeit gegenüber den EnergieversorgernundindirekterFolgeauchzueinerhöherenRentabilitätfürdenKunden.

Aktuelle Herausforderungen

DiegrößtenHerausforderungenliegenvoralleminregulatorischenHürden,diefürdiemultivalenteNutzungvondezentralenEner-giespeichern immernoch vorhanden sind.Derzeitig wirkt die in diesem Fall doppeltanfallendeEEG-UmlagealsbesonderesHin-dernis.TrotzdemkonntedietechnologischeundkonzeptionelleUmsetzungmitAnfangdesJahres2015abgeschlossenwerden.

DATEN UND FAKTEN KONTAKT

Projektbezeichnung:Schwarmbatterie

Projektpartner:SMASolarTechnologyAG,LichtBlick,Sonnenbatterie,VartaStorage

Speicherkapazität:2–20kWhproStandortStandort:dezentralJahr der Inbetriebnahme:2015

Volker WachenfeldLeiterBusinessUnitOff-GridandStorage

SMA Solar Technology AGSonnenallee134266Niesetal

Telefon:+49(0)56195223357E-Mail:volker.wachenfeld@sma.deWeb:www.sma.de

Abbildung24:DasSMAflexiblestoragesystem(FSS)–(QuelleSMA).

Virtual Power PlantGateway

Bere

itste

llung

von

Mes

swer

ten

Anf

orde

rung

Reg

elle

istun

g100–1000

FlexibleStorageSystem

FlexibleStorageSystem

SMA

Schwarmdirigent

Lichtblick

Abbildung23:SystembeschreibungSchwarmbatterie(Quelle:SMA).

46 6.6Strombank–innovativesBetreibermodellfürQuartierspeicher

DasProjekt „Strombank“bietet einenBlick indasBundeslandBaden-Württemberg.DieIdeederStrom-bank: Teilnehmer mit dezentralen Erzeugungs-einheitenwie PV- oder KWK-Anlagen erhalten einGirokonto für erneuerbare Energien.Anstelle vonGeld steuert die Strombank als Quartierspeicherdie Stromflüsse von Nutzern, die nicht nur Stromverbrauchen,sonderndiesenmitihrerEigenerzeu-gungsanlageauchselberproduzieren.

Abbildung25:Strombank(Quelle:MVV).

MVV ENERGIE AG

6.6Strombank–innovativesBetreiber-modell für Quartierspeicher

Ein privates Girokonto für Strom

IndenletztenJahrenisteinAnstiegimBe-reichderprivatenGewinnungundNutzungvonselbstgeneriertemStromzubeobach-ten.NichtzuletztistdieseEntwicklungdensinkendenAnschaffungskosten von Photo-voltaikanlagenunddensteigendenStrom-kostenfürPrivatverbraucherzuverdanken.

Ein entscheidendes Problem dieser Kon-stellation ist die fluktuierendeEinspeisungerneuerbarer Energien. Das Konzept derStrombanksetztgenauandieserProblematikan:MitdemProjektwirddenTeilnehmerndieMöglichkeitgeboten,ihrenüberschüssi-genundnichtselbstverbrauchbarenStromaufeinpersönlichesKonto,vergleichbarmiteinemGirokontobeieinerBank,einzuzah-len. Diese Einzahlungwird über einen zurZwischenspeicherungbereitgestelltenQuar-tierspeicherrealisiert(Abb.26).

SomitkönnenProsumermiteinerPV-AnlagebeispielsweiseihrenStromüberschusstags-über ansparen und bei Bedarf amAbendoder in der Nacht wieder von der Strom-bank auszahlen lassen. Alternativ könnendieProsumerihrenÜberschussauchandieNachbarnausleihenoderverkaufen.Darüber

hinausermöglichtdieSpeichertechnologienatürlichaucheineEntlastungdes lokalenNetzesdurcheinintelligentesLadekonzeptunddieErbringungvonRegelleistung.

VieleProsumerhebendieEffizienzdes Speichers

DieVorteilediesesProjektesliegenvorallemin der Umsetzung der Bankenanalogie imQuartier.DurchdenZusammenschlussmeh-rererprivaterKundenkanndieInvestitioninjeweils einzelne Heimspeicher durch einezentrale Investition ersetzt werden. NebendiesemEffektermöglichtdasSpeicherkon-zeptauchdendirektenAusgleichzwischendemGesamtverbrauchderEndverbraucherundderGesamterzeugungihrerEE-Anlagen.Somit muss nur die daraus resultierendeDifferenzzusätzlichbezogenbzw.eingespeistwerden.

Daneben steht das bedarfsorientierte Ein-undAusspeisenalszentralesArgumenthinterdemKonzept:Nicht jederEndverbraucherbrauchtzurgleichenZeitgleichvielStrom.Somüssen insgesamtwenigerRessourcenaufgewendetwerden,umdieimDetailunter-schiedlichenLastprofilederNutzerbefriedi-genzukönnen.

476.6Strombank–innovativesBetreibermodellfürQuartierspeicher

Eine App für das Stromkonto

MittelseinesvorOrteingebautenSystemswerdensekündlichStromerzeugungund-ver-brauchjedesProsumersgemessenundzurStrombankweitergeleitet.DortwirddieBilanzausErzeugungundVerbraucherrechnetundderneueKontostandbestimmt.Möglichistdies durch eine von den ProjektpartnernentwickelteEnergyCloud,dieverschlüsseltdieDatenderKundenevaluiertundaufbe-reitetzurVerfügungstellt.

Aktuelle Herausforderungen

Hinsichtlich des Projektverlaufs und derErgebnisse kann eine durchwegs positive

Bilanzgezogenwerden.DasSystemhatseineEffizienz in der Praxis bewiesen.Die Rück-meldungenderTeilnehmendenzeigen,dasszentrale Quartierspeicher mit innovativenVertriebsmodellen wie die Strombank aufhohesInteresseundAkzeptanzbeidenTeil-nehmernstoßen.

JedochfallendiederzeitigenregulatorischenRahmenbedingungenso insGewicht,dassinsbesondere durch die hohen Abgabenund Umlagen zum jetzigen Zeitpunkt keinwirtschaftlichrentablerBusinessCaseabge-bildet werden kann. Entsprechend diesenErgebnissen arbeiten die ProjektpartnerderzeitanalternativenNutzungskonzepten.

DATEN UND FAKTEN KONTAKT

Projektbezeichnung:Strombank–innovativesBetreibermodellfürQuartierspeicher

Projektpartner:MVVEnergieAG,ads-tecGmbH,UniversitätStuttgart(ipvundZiriusInstitut),NetrionGmbH

Standort:MannheimRheinau-Süd(nachProjektendeWalldorf)Jahr der Inbetriebnahme:2014

Dr. Robert ThomannCustomerExperienceundInnovation

MVV Energie AGLuisenring4968159Mannheim

Telefon:+49(0)6212902498E-Mail:robert.thomann@mvv.deWeb:www.mvv.de

Energy CloudData

Stromnetz

Prosumer mit BHKW

GewerbemitBHKW

Prosumer mit PV

Abbildung26:AufbauderStrombank,BatteriespeicherimQuartier(Quelle:MVVEnergieSMA).

48 6.7FlexibilisierungamBeispielBioenergiedorfJühnde

JühndeisteinesdererstenBioenergiedörferDeutsch-lands, das seinen Wärmebedarf und Strom seitüber 10 Jahren selbst über nachwachsende Roh-stoffeerzeugt.UmfürdieZukunftgerüstetzusein,wurdendieAnlagenimSeptember2015 imSinnederFlexibilisierungundbedarfsorientiertenEnergie-erzeugungmodernisiertunderweitert.

Abbildung27:FlexibleBiogasanlageinJühnde(Quelle:CUBEEngineering).

CUBE ENGINEERING GMBH

6.7FlexibilisierungamBeispiel BioenergiedorfJühnde

InnovativesFlexibilisierungskonzeptimBioenergiedorfJühnde

DasUnternehmenCUBEEngineeringGmbHbeschäftigt sich bereits seit 2008 mit derFlexibilisierungvonsteuerbarenErzeugungs-anlagen.ImMittelpunktstehtdieFlexibilisie-rungvonBiogas-undBiomethan-sowieKraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, die in einemerneuerbaren Energieversorgungssystemeinekostengünstige,systemschützendeRolleähnlichwieSpeichereinnehmen.DieFlexi-bilitätsprämieundderFlexibilitätszuschlagim Erneuerbaren-Energien-Gesetz gebendafürentsprechendeAnreize.InJühndeimLandkreisGöttingenwurdedieBiogasanlagemit zwei Blockheizkraftwerken (BHKW) aufBasis des innovativen Flexibilisierungskon-zeptsvonderCUBEEngineeringGmbHimRahmen des Projektes BioPower2Gas starkflexibilisiert. Die flexible Bioenergieanlagemit zusätzlichemWärme-undGasspeicherermöglichtes,auftretendeVersorgungslückenbei geringer Photovoltaik- und Windein-speisungzuschließenundzuZeitenhoherEinspeisungzudrosselnoderabzuschalten.Seit 2016 liefert CUBE täglich optimierteFahrpläne fürdenAnlagenbetriebundzurStromvermarktunginJühnde.MitHilfetäg-lichoptimierterFahrpläne(FlexTOP)fürdenEinsatzderBHKWaufBasiseinerPrognoseder stündlich schwankenden Strompreise,

einer Wärmeprognose und historischenMessdatenkannzusätzlichesErtragspotenzialrealisiertwerden.DieWärmebedarfsprognosewirdwiederumaufGrundlagevonprognos-tischenundhistorischenWetterdatenerstellt.DergroßeVorteilderAnlagenkompositioninJühndeliegtinihremorganisiertenZusam-menspiel,mitdemderhoheGradderFlexi-bilisierung optimal ausgenutzt wird, neueErlösmöglichkeitenerschlossenwerdenundletztendlichdasNetzentlastetwird.

Mit der neuen Energiearchitektur konntendie Einnahmen des Jühnder Bioenergie-dorfsfolgerichtigerhöhtwerden.Zusätzlichkanndie staatlicheFörderung inFormderFlexibilisierungsprämieüber10JahreinAn-spruchgenommenwerden.VerbundenmitständigenAnstrengungenzurVerbesserungder Anlageneffizienz, z.B. im Bereich derWirkungsgradederHeizkraftwerkeoderderFlexibilitätderBHKWmitverlängertenNut-zungsdauern,bereitetsichdasBioenergie-dorfsokontinuierlichaufdasAuslaufenderstaatlichenFörderungennach20Jahrenvor.Schon jetzt kann so durch die VernetzungderunterschiedlichenSektoren,dieFlexibili-sierung von steuerbarenAnlagen und dieintelligenteSteuerungvonEnergieerzeugungund -verbrauch gezeigt werden, wie dieZukunftderEnergiewendevorOrtaussehenkönnte.

496.7FlexibilisierungamBeispielBioenergiedorfJühnde

AktuelleHerausforderungenbeiderFlexibilisierungundSektor-kopplung im Sinne der Energie-wende.

Die regionale Integration vonWärmespei-chern und Solarthermie inNah- und Fern-wärmenetzestelltnachwievoreineökono-mischeHerausforderungdar.EbenfallsnochschwieriggestaltetsichdieFlexibilisierung

beiGewerbebetriebenundderIndustrie,z.B.beiderWärmeauskopplungvonAbwärme.NebendiesenFaktorenistfüreineerfolgrei-che Energiewende auch die BeteiligungvonBürgerinnenundBürgernentscheidend:Zum Beispil können für VerbraucherinnenundVerbraucherAnreizedurchdynamischeNetzentgelte, Abgaben und Umlagengeschaffen werden, um sie zu Verhaltens-änderungenzubewegen.

DATEN UND FAKTEN KONTAKT

Projektbezeichnung:Flexibilisie-rungskonzeptimBioenergiedorfJühnde

Projektpartner (BioPower2Gas):IdE,EnergieNetzMitte,EAMEnergiePlus,ViessmannMicrobEnergy,CUBEEngineering

Anlagengröße:Angepasstestech-nischesKonzeptzurFlexibilisierung,zweiBHKWzuje550KW,ORC-Anlage120kW,Ultraschall-Desin-terationsanlage,weitererWärme-speicher2x50m³Jahr der Inbetriebnahme:2015

Peter RitterAbteilungsleiterDezentraleEnergiesysteme

Cube Engineering GmbH – Part of RambollBreitscheidstr.634119Kassel

Telefon:+49(0)56128857358E-Mail:p.ritter@cube-engineering.comWeb:www.cube-engineering.com

Abbildung28:SchematischeDarstellungdesEnergiesystemsinJühnde(Quelle:CUBEEngineering).

BHKW I

BHKW FLEX 1+

BHKW FLEX 2+

1822 kW

703 kW

597 kW

597 kW

716 kW

500 kW

500 kW

1294 kW

1294 kW

1750 kW

600 kW

Direkt-vermark-tung

2000 kWKühler

8,76 MWh

Wärme-speicher

550 kWHack- schnitzel

1600 kWÖlkessel

Hackschnitzel4MWh/t

Biogas

5300 kWh/m3

224,33 MWhFermenter

Heizöl

10 kWh/l

113,70 MWhTrocknung

Netzverluste1147MWh

Nahwärme-netz3951 MWh

50

Zum Weiterlesen

51

7ZumWeiterlesen

AgoraEnergiewende:„Stromspeicher in der Energiewende“(2014),unter:https://www.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2013/speicher-in-der-energiewende/Agora_Speicherstudie_Web.pdf(abgerufenam5.08.2016).

AgoraEnergiewende:„Die Energiewende im Stromsektor. Stand der Dinge, Trends und Herausforderungen“ (2015),letzteAktualisierung:14.10.2015,unterhttps://www.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2015/Understanding_the_EW/Die_Energiewende_im_Stromsektor_DE_Stand_14.10.2015_web.pdf(abgerufenam5.08.2016).

AgoraEnergiewende:„Stromspeicher in der Energiewende. Ergebnisse der Studie“(2016),PräsentationvonMatthiasDeutscham14.06.2016,unter:http://www.energieland.hessen.de/bfeh/frankfurt/Dr_Matthias_Deutsch_Integration_von_Speicher_in_das_Gesamtsystem.pdf.

AgoraEnergiewende:„Wärmewende 2030“(2017),unter:https://www.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2016/Sektoruebergreifende_EW/Waermewende-2030_WEB.pdf(abgerufenam20.06.2017).

Brunner,Chr.;Heyder,B.:„Speicher im Stromsystem der Energiewende. Eine Flexibilitätsoption im Wettbe-werb.“ (2015),TATuP–JournalbyITASonTechnologyAssessment,unter:https://www.tatup-journal.de/english/tatup153_brhe15a.php(abgerufenam5.08.2016).

BürofürTechnikfolgen-AbschätzungbeimDeutschenBundestag:„Ausbau der Stromnetze im Rahmen der Energiewende“unter:https://www.tab-beim-bundestag.de/de/pdf/publikationen/berichte/TAB-Arbeitsbericht-sp001.pdf(abgerufenam5.08.2016).

DeutscherVereindesGas-undWasserfachese.V.:„Studie – Nutzen von Smart-Grid-Konzepten unter Berück-sichtigung der Power-to-Gas-Technologie“(2014),unter:http://www.dvgw-innovation.de/fileadmin/dvgw/angebote/forschung/innovation/pdf/g3_03_12.pdf(abgerufenam17.10.2016)

Fraunhofer-InstitutIWES,RWTHAachen,StiftungUmweltenergierecht:„Roadmap Speicher, Speicherbedarf für erneuerbare Energien – Speicheralternativen – Speicheranreiz – Überwindung rechtliche Hemmnisse, Endbericht“ (2014),unter:http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Politische_Papiere_FVEE/14.IWES_Road-map-Speicher/14_IWES-etal_Roadmap_Speicher_Langfassung.pdf(abgerufenam5.08.2016)

50HertzTransmissionGmbH,50HertzEnergiewendeOutlook2035:„Abschlussbericht – Entwicklungspfade der Energiewende und deren Folgen“(2016),unter:http://www.50hertz.com/Portals/3/Content/Dokumente/Netzausbau/Wofür%20Netzausbau/EWO%202035/50Hertz_Energiewende_Outlook_2035.pdf(abgerufenam17.10.2016)

Sterner,M.;Stadler,I.(2014):Energiespeicher–Bedarf,Technologien,Integration,Springer-VerlagBerlinHeidelberg.

Sterner,M.;Eckert,F.;Thema,M.;Bauer,F.(2015):Der positive Beitrag dezentraler Batteriespeicher für eine stabile Stromversorgung,ForschungsstelleEnergienetzeundEnergiespeicher(FENES)OTHRegensburg,KurzstudieimAuftragvonBEEe.V.undHannoverMesse,Regensburg/Berlin/Hannover.

Sterner,M.;Eckert,F.(2016):ÜberblickChemischeEnergiespeicherungundPower-to-XalsSektorkopplung.BMBFAbschlusspublikation„Technologien für Nachhaltigkeit und Klimaschutz – Chemische Prozesse und stoffliche Nutzung von CO2“, Berlin.

SystemlösungPowertoGas,Chancen,HerausforderungenundStellschraubenaufdemWegzurMarktreife.DeutscheEnergie-AgenturGmbH(dena),November2015

Bildnachweise©RolandGrün

Außer:©schäfflersinnogy,Abbildungen10,11und12,Seiten36und37,©microbEnergyGmbH,Abbildungen13,14und15,Seiten38und39,©UniperEnergyStorageGmbH,Abbildungen16,17und18,Seiten40und41,©TUDarmstadt,Abbildungen19,20und21,Seiten42und43,©SMA,Abbildungen22,23und24,Seiten44und45,©MVV,Abbildungen25und26,Seiten46und47,©CUBEEngineeringGmbH,Abbildungen27und28,Seiten48und49

7ZumWeiterlesen

www.energieland.hessen.de

Ihr Ansprechpartner

Dr.RainerKapsHAHessenAgenturGmbHKonradinerallee965189Wiesbaden

Telefon:+49611/95017-8471E-Mail:Rainer.Kaps@hessen-agentur.de

Herausgeber HAHessenAgenturGmbHimAuftragdesHessischenMinisteriumsfürWirtschaft,Energie,VerkehrundLandesentwicklung

Stand:Juli2017

Redaktion:IFOKGmbH

Gestaltung: magentaGmbH&Co.KG,Mannheim

DieseDruckschriftwirdimRahmenderÖffentlichkeitsarbeitderHessischenLandesregierungherausgegeben.SiedarfwedervonParteiennochvonWahlwerbernoderWahlhelfernwährendeinesWahlkampfeszumZweckederWahlwerbungverwendetwerden.DiesgiltfürLandtags-,Bundestags-undKommunalwahlen.MissbräuchlichistinsbesonderedieVerteilungaufWahlveranstaltungen,anInformationsständenderParteiensowiedasEinlegen,AufdruckenoderAufklebenparteipolitischerInformationenundWerbemittel.UntersagtistgleichfallsdieWeitergabeanDrittezumZweckederWahlwerbung.AuchohnezeitlichenBezugzueinerbevorstehendenWahldarfdieDruckschriftnichtineinerWeiseverwendetwerden,diealsParteinahmederLandesregie-rungzugunsteneinzelnerpolitischerGruppenverstandenwerdenkönnte.DiegenanntenBeschränkungengeltenunabhängigdavon,wann,aufwelchemWegundinwelcherAnzahldieseDruckschriftdemEmpfängerzugegangenist.DenParteienistesjedochgestattet,dieDruckschriftzurUnterrichtungihrereigenenMitgliederzuverwenden.