Energiespeicher AES – Eine Einleitung

Dieser Beitrag erscheint im Rahmen der Standardization Community Map zur All Electric Society (SCM AES). Das neue Verfahren zur Erstellung einer Normungsroadmap lädt alle interessierten Kreise zur aktiven Mitarbeit ein. Registrieren Sie sich, kommentieren Sie, diskutieren Sie mit. Ihr Wissen fließt in die Aktualisierung ein.

Bedeutung der Energiespeicher in der All Electric Society

Ob thermisch, elektro-chemische oder klassische Pumpspeicherkraftwerke: Energiespeicher spielen eine Hauptrolle bei der Gestaltung der All Electric Society (AES). Auch in der Elektrotechnik sind sie seit jeher im Einsatz. Die verschiedensten Speichersysteme gewinnen im Zuge der Energietransformation und der Elektrifizierung eine zunehmende Bedeutung. Das zeigen der hohe Aufwand bei der Weiterentwicklung zahlreicher Technologien, immer kürzere Innovationszyklen, neue Nutzungsmöglichkeiten sowie die stärkere Einbindung in ein sich wandelndes Gesamtenergiesystem.

Die Einsatzgebiete von Energiespeichern nehmen seit Jahren zu: 

  • In mobilen Endgeräten – vom Staubsauger, Rasenmäher und Bohrmaschinen bis zu PV-Anlagen, Multimedia und E-Autos – sind sie kaum mehr wegzudenken. 
  • Im Gesamtenergiesystem der AES werden sie zum Drehkreuz für die Energieverteilung.
  • In Phasen mit überschüssiger „grüner“ elektrischer Energie und solchen von Strommangel können sie Angebot und Nachfrage durch eine zeitliche Entkopplung ausgleichen.
  • Sie können dadurch Engpässe im Energienetzen begrenzen, zur Optimierung des Energieeinsatzes und zur Stabilität der Energiesysteme beitragen. 

Für diese Aufgaben bestehen allerdings noch regulatorische und normative Herausforderungen. Die Normung begleitet diese Entwicklung und treibt sie voran. Deshalb arbeiten die Normungskomitees intensiv zusammen mit ihren internationalen Spiegelgremien und Kooperationspartnern an der Weiterentwicklung bestehender und der Erarbeitung neuer Normen. Die „Deutsche Normungsroadmap Energiespeicher“ fasste zuletzt 2021 den aktuellen Erkenntnisstand zusammen und identifizierte künftige Normungslücken. Für die Verwirklichung der AES können weitere Normungsbedarfe aufkommen, die in Standardization Community Maps (SCMs) identifizieren könnten.

 

Energiespeicher und Anwendungen in der All Electric Society

Die Idee der AES ist die Elektrifizierung unserer Wirtschaft und Gesellschaft. Sie basiert auf Erneuerbaren Energien und soll die Dekarbonisierung aller Lebensbereiche beschleunigen. Der volatile Charakter von Wind- und Sonnenkraft erschwert jedoch bisher den Ausgleich von Stromerzeugung und Energienutzung. Sie benötigen deshalb ein zunehmend aufwendiges Flexibilitätsmanagement, um Energieoptimierungen, Versorgungssicherheit, Netzqualität und -stabilität zu gewährleisten. Die Potenziale der Energiespeichertechnologien dafür sind enorm. Überschüssige Stromproduktion ließe sich ein- und bei größerer Nachfrage ausspeichern beziehungsweise drohende Netzengpässe verhindern, die bisher zur Abschaltung vor allem der Windkraftanlagen im Norden führen. Zudem müssen künftig die Erneuerbaren Energien zusammen mit Energiespeichern in der AES auch die Dekarbonisierung in anderen Sektoren wie dem Wärme- und Kältebedarf stützen sowie netzdienliche Funktionen übernehmen, die heute der klassische Kraftwerkspark übernimmt. Auch die Elektrifizierung bedeutet mehr mobile Anwendungen wie Elektromobilität, die Speicher benötigen. 

Energiespeicherbedarf und prognostizierte Entwicklung

Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme errechnete kürzlich, dass Deutschland bis zum Jahr 2030 insgesamt 100 Gigawattstunden (GWh) allein an elektrischer Speicherkapazität benötigt. Doch das würde nicht einmal für einen durchschnittlichen Wintertag den Strombedarf decken. Die Bundesnetzagentur berichtete 2021 in ihrem Beitrag über „Regelungen zu Stromspeichern im deutschen Strommarkt“, dass alleine für zwölf Stunden eine Speicherkapazitäten von etwa 720 GWh, notwendig seien. Allerdings entwickelt sich der Zubau an Stromspeichern rasant. 2023 hatten die 30 deutschen Pumpspeicherwerke eine Gesamtleistung von knapp 6,5 Gigawatt (GW). Während sich bei den Pumpspeichern die Kapazität kaum ausbauen lässt, sind die anderen Technologien auf Wachstumskurs: Die Anzahl der Batterien für PV-Anlagen ist in den letzten Jahren stark gewachsen, von 27.000 im Jahr 2013 auf über 526.000 im Jahr 2023. Allein im ersten Quartal 2023 wurden über 110.000 neue Batterien meistens in Verbindung mit einer PV-Anlage installiert, so dass aktuell mit den gewerblichen Großspeichern über 800.000 Batteriespeicher im Einsatz sind. Die gesamte installierte Energiespeicherkapazität in Akkus liegt allerdings bei nur 4,5 GWh. Der Zubau von Energiespeichern wird sich daher in den nächsten Jahren mit neuen Technologien stark beschleunigen. 

Energiespeicher und die informationstechnische Sektorenkopplung

Im Zuge der Transformation aller Energiesysteme zur Dekarbonisierung wird regenerativ erzeugter Strom dazu beitragen, auf fossile Energieträger zu verzichten. Der Schlüssel dazu ist die informationstechnische Sektorenkopplung. Über die Sektoren Stromproduktion, Gebäude, Verkehr und Industrie hinweg sollen Strom, Mobilität oder Wärme so intelligent erzeugt und verteilt werden, dass Angebot und Nachfrage stehts ausgeglichen sind. So wird elektrische Energie in der Mobilität (Elektrofahrzeuge), zur Wärmebereitstellung in Gebäuden und im industriellen Umfeld verwendet oder über Elektrolyse in Wasserstoff und weitere Derivate gewandelt. Das bedeutet einen Paradigmenwechsel. Denn bisher war die Speicherung von Strom im elektrischen Energiesystem in der Regel den Technologien vorbehalten, die Strom aufnehmen und auch wieder bereitstellen können. Künftig wird die Nutzung der Flexibilität durch Speicherung in die unterschiedlichsten Energieformen in den Blick genommen. Durch die Sektorenkopplung werden nun im Sinne einer Gesamtsystemoptierung  unterschiedliche Energiespeicher einbezogen und können damit dem elektrischen Energiesystem Flexibilität zur Verfügung stellen. Zudem werden Wasserstoff und seine Derivate zudem als Alternativen zum Stromnetz für den Transport von Energie über lange Distanzen in Betracht gezogen. 

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Johannes Stein

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Marcus Krause

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