Quelle: dke.de

kommentiert von Dr. Franz Hein/ 15.03.2016

1.1 Energiewende

Die von der Bundesregierung ausgerufenen Ziele der Energiewende sind ambitioniert: Der Verbrauch von Primärenergie und die Emission von Treibhausgasen sollen drastisch gesenkt werden. Der Anteil der erneuerbaren Energien am Energieverbrauch soll bis in das Jahr 2050 kontinuierlich gesteigert werden. Somit sollen die erneuerbaren Energien bis 2050 einen Anteil von 60 % am Bruttoendenergieverbrauch erreichen (2014: 13,7 %, Quelle: BMWi).

Anmerkung F. Hein: Das eigentliche Ziel der Energiewende wird immer noch nicht benannt – wir müssen vom Verbrauch (genauer von der Vernichtung) der fossilen Rohenergien endlich Abstand nehmen und vollständig auf den ständig von der Sonne zuströmenden Energiezufluss setzen. Dieser Zufluss bestimmt alles – nicht unser Bedarf und unsere Wunschvorstellungen. Auch die Emission von Treibhausgasen wird durch den Verzicht auf den Verbrauch fossiler Rohenergien positiv beeinflusst. Das Jahr 2050 hat keinerlei besondere Bewandtnis. Besonders darf das notwendige Umdenken nicht in diesem Jahr enden oder überhaupt durch irgendetwas begrenzt werden. Auch bestimmte Prozentsätze sind nur als Ziel, nicht aber als Festlegung zu begreifen.

1.2 Energiespeicher im Kontext der Energiewende

Bedingt durch den größer werdenden Anteil an volatil erzeugtem Strom ist einer zentrale Herausforderung der Energiewende der räumliche und zeitliche Ausgleich von Angebot und Nachfrage von Energie.

Anmerkung F. Hein: Nicht der räumliche und zeitliche Ausgleich von Angebot und Nachfrage von Energie ist wichtig, sondern das ständige Einhalten des Leistungsgleichgewichts. Hier kommen wieder Begriffe aus einem Marktgeschehen ins Spiel, welche die Physik der Stromversorgung ignorieren.

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, diese Herausforderung zu bewältigen. Hinsichtlich der Energieerzeugung kann z. B. eine Erhöhung der Flexibilität des Kraftwerkparks oder eine gezielte Abregelung der erneuerbaren Energien den Ausgleich von Angebot und Nachfrage ermöglichen. Der Aus- bzw. Umbau des Netzes führt zu einer höheren räumlichen Flexibilität. Auf der Verbraucherseite trägt die gezielte Steuerung von Lasten zur Flexibilisierung bei.

Anmerkung F. Hein: Dieser Absatz zeigt die Unbrauchbarkeit der Ausarbeitung schon im Ansatz auf. Der hauptsächliche Teil des heutigen Kraftwerkspark beruht auf die Umwandlung fossiler Rohenergien. Wenn die Energiewende zu Ende gedacht ist, muss dieser Kraftwerkspark total ersetzt sein. Jegliche “Flexibilisierung” dieses Kraftwerksparks ist nur eine Hilfestellung beim unbedingt notwendigen Übergang. Eine gezielte Abregelung von erneuerbaren Energien ist kontraproduktiv für das Erreichen des Zieles der Energiewende. Der Begriff “Verbraucherseite” sollte ins solchen Ausarbeitungen eliminiert werden. Die Energienutzer sind nicht mehr nur Konsumenten, sie sind bereits in beachtlichem Umfang an der Bereitstellung von Energie beteiligt.

Darüber hinaus eignen sich Energiespeicher auch sehr gut für die Erfüllung weiterer Aufgaben, wie beispielsweise die Erbringung von Systemdienstleistungen zur Gewährleistung der Systemsicherheit wie z. B. Spannungsstützung, Frequenzstützung, Ersatz der fehlenden rotierenden Schwungmasse. Eine wesentliche Herausforderung ist dabei die rasche und konsequente Weiterentwicklung von netz-/systemdienlichen Funktionen und Anforderungen an Energiespeicher mit Anschluss am elektrischen Netz.

Anmerkung F. Hein: Energiespeicher erbringen keine Systemdienstleistungen. Solche netzdienlichen Beiträge können nur beim Wandeln der Energie, also beim Ein- und beim Ausspeichern erbracht werden. Ein Ersatz von rotierenden Schwungmassen ist nicht möglich, höchstens eine Unterstützung der Primärregelung, Das aber setzt voraus, dass die Pufferung von Energie in den rotierenden Schwungmassen anhand der Veränderung der Drehzahl bei Leistungsüberschuss oder Leistungsmangel den Indikator für die Netzregelung, die Frequenz, überall im Netz verfügbar macht. Ohne die Nutzung des Energieerhaltungssatzes und ohne die Bereitstellung der Frequenz als wichtigen Indikator für alle Vorgänge bei der Netzregelung ist ein stabiler Netzbetrieb nicht möglich.

Der sichere Netz-/Systembetrieb bei größtmöglicher Aufnahme von erneuerbaren Energien muss zu jedem Zeitpunkt sichergestellt sein und bleiben. In Wissenschaft und Forschung besteht Einigkeit bezüglich der Frage, ob Energiespeicher in der deutschen bzw. der europäischen Energieinfrastruktur erforderlich sind: Sämtliche Studien und Szenarien stellen einen Bedarf für Energiespeicher fest, der sich durch den zunehmenden Anteil der volatilen Stromerzeugung begründet. Uneinigkeit herrscht dabei lediglich hinsichtlich des Zeitpunkts und des Ausmaßes, zu dem Energiespeicher benötigt werden.6 Dabei reicht die Bandbreite der prognostizierten Zeitpunkte von 2020 bis 2050.

Anmerkung F. Hein: Es geht nicht um die größtmögliche Aufnahme von erneuerbaren Energien, sondern der Netz- und Systembetrieb muss so gestaltet werden, dass die Grundlage der Energieversorgung letztlich auf 100% erneuerbaren Energien aufbaut – und dies mit der heute gewohnten Versorgungssicherheit gewährleisten kann. Alles andere ist eine Selbsttäuschung. Zudem ist jedes Hinausschieben der Herstellung dieser Fähigkeiten ein Verlängern des Verbrauchs fossiler Rohenergien und damit ein Vernichten eines Teils der Lebensgrundlage künftiger Generationen. Ohne Pufferung von Energiemengen im sehr kurzfristigen Zeitbereich und ohne Bevorratung von Energie im mittel- bis langfristigen Zeitbereich ist die Energiewende nicht zu schaffen.

Anmerkung F. Hein: Ab 3.1.3 werden in den Tabellen auch für fossile Energien Aussagen gemacht. In sämtlichen Bereichen, wo heute noch fossile Rohenergien eine Rolle spielen, sind Überlegungen anzustellen, welche Aussagen wann überarbeitet werden müssen, wenn letztlich die fossilen Energieträger nicht mehr für Energieversorgungszwecke verfügbar sein werden oder dafür genutzt werden.

7 Mechanische Speicher

Im Bereich der Druckluftspeicher, Schwungmassenspeicher und Lageenergiespeicher existieren zurzeit keine Normen oder Standards. Eine ausführliche Darstellung dieser und weiterer Energiespeichertechnologien ist im VDI-Statusreport Energiespeicher zu finden.

Anmerkung F. Hein: Diese Speicherarten in die Normungsroadmap aufzunehmen, macht Sinn. Heute in Kraftwerken vorhandene Synchrongeneratoren und auch alle Synchronmaschinen sollten künftig als Schwungmassenspeicher weiter betrieben werden und für netzdienliche Aufgaben zur Verfügung stehen. Dazu gehören u. a. auch die Bereitstellung ausreichend hoher Kurzschlussströme zur ordnungsgemäßen Funktionsweise der Schutzeinrichtungen im Stromnetz, die Bereitstellung der Pufferwirkung in der Momentanreserve zur Erzeugung des Indikators “Frequenz” als Kenngröße für den momentanen Stand des Leistungsgleichgewichts und eine Mitwirkung bei der Spannungshaltung.