Fraunhofer-Energiewende-Barometer 2019: Energiewende ist zu langsam

2019 Fraunhofer Symosium Energiewende_6243Der Umbau des Energiesystems steht unter Beobachtung von drei Fraunhofer-Instituten. Den jährlichen Entwicklungsstand fassen die Wissenschaftler im Energiewende-Barometer zusammen. Für 2019 haben drei Professoren der Fraunhofer-Institute in Kassel, Karlsruhe und Freiburg Veröffentlichung der Ergebnisse mit einer Warnung verknüpft. Um die Klimaziele von Paris zu erreichen muss die Energiewende massiv vorangetrieben werden. Neben vermehrten Ausbau von Solar- und Windparks geht es vor allem darum, die Sektorenkopplung zu entwickeln.

„In die nächste Phase der Energiewende müssen die Sektoren Verkehr, Wärme und Industrie unbedingt einbezogen werden. Dazu brauchen wir den politischen Willen und gesellschaftliche Akzeptanz, um die in Paris gesetzten Klimaziele zu erreichen,“ so das gemeinsame Fazit von Clemens Hoffmann, Leiter Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE), Hans-Martin Henning, Leiter Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und Mario Ragwitz, stellvertretender Leiter Fraunhofer-Institut für System und Innovationsforschung (ISI). Neben einem Ausbau einer CO2-freien Energieerzeugung bedeute dies eine Sanierung von Gebäuden, die Elektrifizierung der Wärmeerzeugung und der Mobilität sowie die Entwicklung CO2- emissionsfreier Industrieprozesse.

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Gebäude-Energiemanagement als zentraler Akteur im Smart Grid

Siemens-Kempten-31Wie wird das Smart Grid eigentlich smart? Für den Ausgleich von flexiblen Stromangebot und flexibler Stromnachfrage gibt es unterschiedliche Ideen: Zunächst war es die Waschmaschine, die sich nach der Stromproduktion aus Sonne und Wind richten sollte. Inzwischen wird das Flexibilitätspotenzial der Stromnachfrage bei der Steuerung bei Elektroautos, Wärmepumpen und Stromspeichern gesehen. Ausprobiert haben das die Unternehmen Siemens und Allgäuer Überlandwerk. Im Modellprojekt pebbles arbeiten sie gemeinsam daran, ein Smart Grid in der Realität aufzubauen und einen Lokalen Marktplatz zu erproben. Über die Erfahrungen aus Wilpoldsried berichten Michael Lucke, Allgäuer Überlandwerk und Stefan Nießen, Siemens im Gespräch mit der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft. 

Der Name pebbels steht für „Peer-to-Peer Energiehandel auf der Basis von Blockchain“. Ziel ist die Implementierung eines lokalen Marktplatzes, bei dem Erzeuger, Verbraucher und  Prosumer ihren Strom verkaufen und die Flexibilität ihrer Geräte vermarkten können. Das sei in Deutschland bisher noch nicht in der Praxis getestet worden, auch wenn die Idee dazu schon fast „Common sense“ sei, betont Nießen.

Die Stromanbieter sind Betreiber von kleineren Photovoltaikanlagen, die Konsumenten sind normale Verbraucher und auch intelligente Verbraucher mit Gebäudemanagementsystem, das den Strombedarf ihrer Wärmepumpe, des elektrischen Autos und die Stromspeicherung automatisch regelt. Auf dem Markt handeln diese Teilnehmer primär untereinander, können aber am Handel auf übergeordneten Märkten teilnehmen. Wichtigstes Ziel war zu zeigen, dass dies technisch einwandfrei funktioniert.

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Studie: Gasspeicher vermeiden Netzausbau

Sebastian BleschkeDeutschland liegt bei den Gasspeicherkapazitäten europaweit vorn. Die Investitionen stammen aber aus einer Zeit, in der Netze und Speicher integriert betrieben wurden. Durch das gesetzlich vorgeschriebene Unbundling haben sich die Geschäftsmodelle verändert. Für Gasnetzbetreiber fehlen Anreize, die Speicher zu nutzen, so dass einige bereits stillgelegt wurden. Die Initiative Erdgasspeicher (INES) hat in Modellrechnungen ermittelt, was diese Entwicklung langfristig bedeutet. Für einen Beitrag der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft hat Sebastian Bleschke, Geschäftsführer der INES die Ergebnisse erläutert. 

Da der Gasverbrauch im Jahresverlauf schwankt, die Gaslieferungen aber kontinuierlich strömen, haben Speicher eine wichtige Ausgleichsfunktion. Sie liegen nahe an den Verbrauchszentren und speichern in verbrauchsschwachen Monaten ein, um die Transportnetze in Zeiten des Spitzenverbrauchs im Winter zu entlasten. Im Zuge des Ausbaus der erneuerbaren Energien und der Nutzung von Gaskraftwerken als Backup wird sich der Flexibilitätsbedarf im Gasnetz weiter erhöhen.

Im gegenwärtigen Marktdesign wird die Flexibilität, die Speicher zum Gesamtsystem beitragen, nicht gesondert vergütet. Auch für Netzbetreiber gibt es keinen Anreiz, Speicher aus systemischer Sicht zu nutzen und dadurch Netzausbau zu vermeiden. Um den Beitrag der Erdgasspeicher für das Versorgungssystem beziffern zu können, hat INES das Beratungsunternehmens enervis energy advisors GmbH beauftragt.

Die Studie verdeutlicht den großen Unterschied zwischen einem Versorgungssystem mit und ohne Gasspeicher in Deutschland. Aus dem direkten Vergleich der beiden Szenarien lässt sich ableiten, dass der Verzicht auf Gasspeicher in Deutschland Mehrkosten von 2,2 Mrd. Euro pro Jahr für das Gesamtsystem bedeutet.

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Kopplung von Strom- und Gasnetz über „Hybridge“

_MG_9683Stromüberschüsse und Netzengpässe verhelfen dem Energieträger Wasserstoff zu einem neuen Schub. Der Übertragungsnetzbetreiber Amprion und der Fernleitungsnetzbetreiber Open Grid Europe (OGE) wollen im Emsland über eine Power-to-Gas-Anlage von 100 MW den Energietransport im Strom- und Gasnetz verbinden. Im Interview mit der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft erläutert Thomas Hüwener, Mitglied der Geschäftsführung der OGE, weshalb es wichtig ist, die Energiewirtschaft ganzheitlich zu betrachten. 

Das Unternehmen OGE betreibt mit rund 12.000 km längste Gasfernleitungsnetz in Deutschland. Hüwener ist überzeugt, dass sich die vereinbarten Klimaziele von Paris, der Ausbau der erneuerbaren Energien, der Ausstieg aus der Kernenergie und die sukzessive Stilllegung von Kohlekraftwerken nur in enger Partnerschaft von Strom- und Gasinfrastruktur bewältigen lassen. 

Dabei kann das Gasnetz die Speicherung von Energie übernehmen. Zum einem gibt es in einem großen Gasnetz Druckspiele, die man als Leitungspuffer bezeichnet, wo schon eine Speicherfähigkeit inbegriffen ist. Zum anderen gibt es Marktspeicher im Handelsbereich, die hier perspektivisch angeboten werden können, erläutert Hüwener.

Der Kern von Hybridge ist ein Elektrolyseur, der aus Strom Wasserstoff produzieren soll. Im Unterschied zu bisherigen Forschungs- und Modellprojekten soll das Projekt Hybridge zeigen, dass ein Elektrolyseur auch in großem Maßstab technisch einwandfrei funktioniert. Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien, der andernfalls zukünftig abgeregelt würde, wird in Wasserstoff umgewandelt. Der erzeugte Wasserstoff kann ins Gasnetz eingespeist werden oder auch von der Industrie in der näheren Umgebung direkt genutzt werden. Auch der Anschluss von Wasserstofftankstellen für LKW oder Züge gehört zum Projektscope.

Als Standort wurde Lingen in Nordrhein-Westfalen ausgewählt, wo eine Strom- und Gastrasse aufeinander treffen. Hinzu kommt die relative Nähe zu den Offshore-Windanlagen in der Nordsee. In der Region gibt es zudem Gastransportleitungen, die auf den Transport von reinem Wasserstoff umgerüstet werden können. Außerdem befindet sich eine Wasserstofftank- und -verladestation in der Region und die vorhandenen Erdgasspeicher können perspektivisch auf Wasserstoff umgewidmet werden.

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Interview mit Ulf Heitmüller: Kritische Infrastruktur im 21. Jahrhundert

Der Gasversorger VNG sieht als Infrastrukturbetreiber. Die Zuverlässigkeit im Gasgeschäft lässt sich auch den Transport und die Speicherung von Daten übertragen erläutert Ulf Heitmüller, Vorstandsvorsitzender der VNG AG, in der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft.  

Im Rahmen der Energiewende soll auch die Gasversorgung „grüner“ werden. Das umsatzstärkste Unternehmen in Ostdeutschland will zum einen die Anteile von Biomethan, grünem Wasserstoff und in Zukunft auch synthetischem Methan, steigern. Gas wird in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr weiterhin eine Relevanz besitzen, ist Heitmüller überzeugt. Grünes Gas wird dabei aber erheblich bedeutsamer, der fossile Anteil geht zurück.

Die deutsche Abhängigkeit von Gasimporten wird immer wieder diskutiert. Europa strebe zwar an, die Gaslieferländer stärker zu diversifizieren, aber die Möglichkeiten dafür seien beschränkt. In den vergangenen Jahren hab Deutschland seine Gasimporte aus Norwegen ausgeweitet. Allerdings fördere Norwegen bereits auf Rekordniveau in einem stark ausgelasteten System, so dass von dort keine großen Zuwächse zu erwarten seien. Die Niederlande beendeten ihre Förderung aus Groningen bis 2030, erläutert Heitmüller. Damit blieben für Europa überwiegend russisches Pipelinegas und LNG als künftige Quellen.

Zuverlässigkeit bei der Versorgung steht in der Gaswirtschaft traditionell im Vordergrund. Heitmüller will diese Kernkompetenz auch auf andere Geschäftsbereiche übertragen und den Transport und die Speicherung von Daten ausbauen. Dabei kommt dem Unternehmen zu zugute, dass es seit den 1990er Jahren bereits Glasfaser zusammen mit den Gasleitungen im Boden verlegt hat.

Das vollständige Interview ist in EW 1/2019 erschienen sowie online unter: https://www.energie.de/ew/news-detailansicht/nsctrl/detail/News/versorgungssicherheit-im-21-jahrhundert-wir-koennen-kritische-infrastruktur-201932/np/2/

Bildquelle: VNG

 

www.vng.de

Ein Index für Batteriespeicher

Wieviel Strom passt in eine Batterie? Die Stromspeicherung ist für viele Prosumer eine Black Box. Dabei wird die Kombination von Photovoltaik mit einem Batteriespeicher immer beliebter. Nach Einschätzung der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin (HTW) sind es bereits mehr als 100.000 Gebäudeanlagen.

Um die Vergleichbarkeit der Systeme zu verbessern hat die HTW einen Index entwickelt. In einem Beitrag der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft 1/2019 wird erläutert, wie sich die Effizienz von Batterien einschätzen lässt.

Im Rahmen einer Stromspeicher-Inspektion hat die HTW mit Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt 2018 erstmals die Energieeffizienz von 20 Geräten überprüft. Nach Untersuchungen der Forschungsgruppe unter Leitung von Volker Quaschning bestehen dabei deutliche Unterschiede bei den Speichern, die für Verbraucher, Installateure und Energieberater nur schwer zu erkennen sind. Effizienzverluste treten insbesondere durch eine falsche Dimensionierung der Leistungselektronik, bei der Regelung oder der Energieumwandlung auf. Um die Ergebnisse aus Prüfberichten verbraucherfreundlicher darzustellen, hat die HTW die relevanten Verlustursachen in einer Kennzahl, dem sogenannten System Performance Index (SPI)zusammenfasst. 

Zudem stellten die Forscher fest, dass zwischen der Größe des Speichersystems und der Effizienz kein unmittelbarer Zusammenhang besteht. Hohe Umwandlungs- und Standby-Verluste von überdimensionierten Speichersystemen schmälerten den eigentlichen Nutzen der Stromspeicherung. Dagegen könnten kleine und effiziente Speichersysteme sogar eine geringere Stromrechnung am Jahresende ermöglichen. „Allein in den ersten zehn Jahren beträgt der finanzielle Vorteil eines hocheffizienten Speichersystems bis zu 1000 Euro“, berichtet Quaschning. Das Credo je größer die Speicherkapazität, um so größer die erzielbare Eigenversorgung sei dabei kein Naturgesetz.

Zur Bewertung von Speichersystemen für Wohngebäude formulierten die Wissenschaftler fünf Kriterien als Zeichen von Effizienz: 

  • Bei einer Ausgangsleistung von 1 kW deuten Umwandlungswirkungsgrade der Leistungselektronik oberhalb von 95% auf ein sehr gutes Teillastverhalten. 
  • Erstrebenswert sind mittlere Batteriewirkungsgrade von über 95%.
  • Die Standby-Leistungsaufnahme der PV-Speichersysteme sollte aufgrund der hohen Verweilzeit der Batteriespeicher im entladenen Zustand bei unter 5 W liegen.
  • Geringe stationäre Regelungsabweichungen von weniger als 5 W während des Lade- und Entladevorgangs lassen auf eine sehr genaue Systemregelung schließen.
  • Der Batteriespeicher sollte in weniger als 2 Sekunden nach einem Leistungssprung seine Leistungsaufnahme oder -abgabe anpassen.

Der vollständige Beitrag ist in EW 1/2019 erschienen. Informationen zur Untersuchung unter www.stromspeicher-inspektion.de