Energiespeicher – Funktionen in der AES

Welche Funktionen können Energiespeicher für die All Electric Society (AES) leisten?

Die folgenden Ausführungen stellen Sachverhalte und Thesen überblicksartig zur Diskussion. Im Zuge der Erarbeitung der Standardization Community Map (SCM) zur AES können durch Diskussionen in Gremien, mit der Fachöffentlichkeit und deren Mitarbeit an der SCM zu allen Punkten weitere vertiefende Beiträge entstehen.

Mobile Anwendungen

Viele Produkte sind bereits heute mit Batterien ausgestattet, um eine mobile und nicht-kabelgebundene Anwendung zu ermöglichen. Vor allem Geräte in Haus und Garten wie Rasenmäher, Staubsauger verfügen heute über Batterien, die die Anwendung komfortabler machen. 

Dieser Trend wird durch die Elektrifizierung verstärkt, da viele bisher mit fossilen Energieträgern betriebene mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge künftig batterieelektrisch fahren werden. Der Trend zur Elektromobilität ist hier das bedeutendste Beispiel.

These 1 zur Diskussion:

Die Ausstattung mit Batterien oder anderen Energiespeichern wie beispielsweise thermische Speicher in Kühl- oder Heizanwendungen bedeutet mehr Flexibilität aufgrund einer möglichen zeitlichen Entkopplung von Nutzungszeit und Energiebezug (Laden der Batterie) und schützt das Produkt beziehungsweise ermöglicht die Nutzung bei Netzproblemen. 

Energiespeicher im elektrischen Netz

Energiespeicher übernehmen für die überregionale Versorgung bereits heute wichtige Funktionen als netzdienliche Regelenergie. Pumpspeicher alleine stehen für 96 Prozent der installierten Speicherkapazität für regelbare Energie weltweit, der Rest entfällt vor allem auf Batterien. Gleichwohl erbringen nach wie vor klassische Gaskraftwerke den Großteil der Regelenergie. Sie wird benötigt, um Angebot und Nachfrage kurzfristig auszubalancieren. Die Netzbetreiber können Regelenergie zuschalten, wenn eine höhere Nachfrage besteht. Können sie diese nicht bedienen, müssen sie regelbare Lasten wie etwa einen großen Industriebetrieb auch vom Netz nehmen. Mit der weiterwachsenden Kapazität der Erneuerbaren Energien wächst auch der Bedarf an dieser Regelenergie. Daher werden Energiespeichertechnologien bereits heute zunehmend zusammen im Verbund mit größeren Solar- oder Windparks geplant und errichtet, um die Regelfähigkeit der erneuerbaren Energien zu erhöhen. Es wird bereits prognostiziert, dass Energiespeichersysteme thermische Regelenergiekraftwerke aus dem Markt drängen und damit auch CO2-Emissionen vermieden.

Zum anderen wird derzeit bereits erneuerbare Energie abgeregelt, da entsprechende Netzkapazitäten für den Transport nicht bereitgestellt werden können. Es ist zu erwarten, dass auch auf absehbare Zeit der Netzausbau nicht mit dem Zubau der Erneuerbaren Energien (EE) Schritt halten kann. Energiespeichertechnologien stellen eine Option dar, Netzengpässe abzufedern. Statt die EE-Anlagen abzuregeln, können ortsnahe Energiespeicher die Energie zwischenspeichern; oder wie im Fall einer Speicherung in Form von Wasserstoff und seiner Derivate auch den Transport selbst übernehmen.

Neues Business Cases entlang der Wertschöpfungskette

Mittels Energiespeicher können somit teure Redispatch-Maßnahmen vermieden werden und das Netz gleichmäßiger auslasten. Die Zeit bis zum Netzausbau kann überbrückt beziehungsweise der Umfang der Maßnahmen eventuell begrenzt werden. Letztlich ist jede Abregelung von EE-Anlagen mit nahezu null variablen Kosten sowohl energie- als auch wirtschaftlich ineffizient. Energiespeicher können weitere Systemdienstleistungen im elektrischen Netz übernehmen. So stützten schnellregelfähige große Batteriespeichersysteme in Großbritannien die Netzstabilität in einem kritischen Zeitpunkt. 

Letztlich definieren Business Cases entlang der gesamten Wertschöpfungskette den Einsatzort, die Funktion und die Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichersystemen:

  1. Aufgaben für die Stabilisierung der Netzfrequenz
  2. Pufferung von Überschussenergie von EE-Anlagen
  3. Einsatz auf verschiedenen Regelenergiemärkten; preisdämpfend bei sehr volatilem Marktgeschehen, Vermeidung teurer Einspeisung am Ende bei Merit-Order
  4. Unterstützung bei Transportengpässen
  5. Einsatz an ehemaligen Kraftwerksstandorten zur Netzstützung
  6. Funktionen für Verbraucher*innen zur Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils bei Erneuerbaren Energien
  7. Zwischenspeicher für Ladesäulen oder andere Anwendungen mit potentiell temporär hohen Leistungsanforderungen

 

Funktionen und Systemdienstleistungen von Stromspeichern
Stromspeicher: Funktionen und Systemdienstleistungen | Quelle: VDE FNN

Das obenstehende Bild verweist auf weitere Informationen im Fachbeitrag „Netzintegration von Speichern: Eckstein für Erneuerbare Energien (dke.de)“.

Welche Funktionen sehen Sie / seht Ihr noch? Gerne ergänzen, in dem Ihr unten kommentiert.

Energiespeicher und Energiemanagement

In Installationen, Anlagen und Gebäuden werden Speichersysteme heute bereits vermehrt zur Flexibilisierung des Verbrauches oder zur flexiblen Nutzung eigener Erzeugung in die Planung einbezogen. Die Speichersysteme können elektrische Speichersysteme wie Batterien sein, beispielsweise in Verbindung mit Bereitstellung eigenerzeugter elektrischer Energie (PV); denkbar sind hier auch thermische Speicher wie Wärme und Kälte. Denn Geräte oder Gebäude können selbst thermische Speicher darstellen oder diese beinhalten.

Energiespeicher als Backup-System

Zunehmende Eingriffe in das Energiesystem erhöhen die Komplexität des Gesamtsystems; die Dezentralität und Volatilität von Stromerzeugung aber auch der Verbrauch nehmen zu. Das Risiko von Verletzungen des Spannungs- und Frequenzbandes sowie von Versorgungsunterbrechungen kann in manchen Teilen des weltweiten elektrischen Energiesystems zunehmen.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) oder andere Backup-Systeme dienen dazu, solchen potentiellen Schwächen vorzubeugen. Bisher werden USV vor allem in kritischen Infrastrukturen (KRITIS) wie Öffentliche Einrichtungen der Daseinsfürsorge wie Krankenhäuser und Rechenzentren sowie von Industrie und Gewerbe eingesetzt. Zunehmend kommen auch im privaten Bereich Batteriespeichersystem zum Einsatz, um den Eigenverbrauchsanteil bei PV-Anlagen zu erhöhen. 

These 2 zur Diskussion

Aufgrund des potentiell steigenden Risikos eines geringeren Qualitätsniveaus oder von Versorgungsunterbrechungen sollten Batteriespeichersysteme bewusst inselnetzfähig sein und damit als Backup-Systeme im Fall von Versorgungsunterbrechungen dienen. Im Sinne eines zellularen Energiesystems erweitern die Installation im Liegenschaftsbereich damit ihre eigene Autarkie in gewissen Grenzen.

Frage 1 zur Diskussion: 

Können solche Systeme wie bei einer klassischen USV auch zur Verhinderung von Spannungs- oder Frequenzbandverletzungen beitragen?

Frage 2 zur Diskussion: 

Können oder sollten solche Systeme auch zur Systemstabilität zukünftig beitragen?

Im Beitrag über [Titel] finden Sie eine Vertiefung dieser Fragestellungen.

Energiespeicher und Sektorenkopplung

Im Zuge der Transformation des gesamten Energiesystems rückt die Verbindung von verschiedenen Energieträgern, hier als Sektorenkopplung bezeichnet, zunehmend in den Fokus und wird in dieser SCM in einem eigenen Themenfeld behandelt. Die Verbindung von Strom zu Mobilität, Wärme oder auch die Umwandlung in Wasserstoff und Derivate wird im Sinne einer Effizienzbetrachtung des Gesamtenergiesystems und seines Energiemanagements zusätzliche Optionen für Energiespeichersysteme bereitstellen. Denn aufgrund ihrer unterschiedlichen Charakteristika und Kosten lassen sie sich sinnvoll kombinieren:

Beispiele:

  • V2G / V2H, Vehicle-to-Grid / Vehicle-to-Home: Möglichkeit der Rückspeisung von Elektrofahrzeugen in eine Liegenschaft (V2H) oder ins Stromnetz. Die Kfz-Batterie wird Teil des Gesamtsystems.
  • Thermische Speicher:
    • Implizite Speicher wie ein Gebäude (Wärme/Kälte) oder Kühlgeräte/-häuser, die thermische Energie inhärent speichern und mittels Lastverschiebung Flexibilitäten bereitstellen können
    • Thermische Speicher wie ein Eisspeicher (Beispiel: AES Park Phoenix)
    • Wärmenetze als Quellen und Senken für Wärmeentnahmen und Aufnahme von Abwärme

Thermische Speicher können in Verbindung beispielsweise mit Wärmepumpen auch Flexibilität für das Stromnetz bereitstellen.

  • Wasserstoff-Wertschöpfungskette:
    Wasserstoff oder Derivate werden als Option für saisonale Speicher angesehen. Die Erzeugung mittels Elektrolyse könnte netzdienlich erfolgen; die chemisch gespeicherte Energie kann wieder zu Strom umgewandelt werden und stellt in diesem Kreislauf einen verlustbehafteten Speicher für das Stromnetz dar.

Lesen Sie über diese Themen weiter im Beitrag „Energiespeicher und Technologien“. 

Energiespeicher und Digitalisierung/Automatisierung

Um die zahlreichen und teils neuen Anforderungen an Energiespeicher und Funktionen, die diese erfüllen sollen, effizient zu steuern, sind digitale Technologien und idealerweise automatisierte Prozesse für die Optimierung von Ein- und Ausspeisung, Verteilung, Speicherung und Abrechnung notwendig. Aufgrund der zunehmenden Komplexität und der teils Systemgrenzen überschreitenden Funktionen und Use Cases müssen Energiespeichersysteme sektorübergreifend informationstechnisch angebunden werden können. 

Ausblick

Die überblicksartig dargestellten Funktionen können dazu dienen, mit den Experten und der Normungs-Community zu reflektieren, inwieweit die bereits breit diskutierten Funktionen und Use Cases durch aktuelle Normen ermöglicht werden oder ob Empfehlungen für Weiterentwicklungen anzuraten wären.

Weiterlesen

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Johannes Stein

Johannes Stein

DKE Experte All Electric Society

E-Mail: dke-community@vde.com

Marcus Krause

Marcus Krause

DKE Community Manager

E-Mail: dke-community@vde.com

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