Energiespeicher

Produktbeschreibung

Executive summary

Kernaussagen

Kernaussage 1
In Energieversorgungssystemen gibt es einen Bedarf an zeitlicher Flexibilität auf Erzeugungs- und Verbraucherseite zum Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage. Energiespeicher stellen hierbei eine wichtige Option im Portfolio der Flexibilitätstechnologien dar. Der Einsatz von einigen Energiespeichertechnologien ist seit Jahrzehnten Stand der Technik

Kernaussage 2
Durch die fortschreitende Energiewende und den hierdurch erforderlichen starken Ausbau fluktuierender erneuerbarer Energien erhöht sich der Flexibilitätsbedarf. Hieraus ergeben sich neue Anforderungen an Energiespeicher und Einsatzpotenziale für zentrale und dezentrale Speichertechnologien in allen Zeitbereichen (Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher).

Kernaussage 3
Energiespeicher liefern einen relevanten Beitrag, um eine Abregelung von Erzeugungsspitzen erneuerbarer Energien zu verringern. Eine vollständige Vermeidung der Abregelung ist jedoch aus technischen, ökologischen und wirtschaftlichen Gründen nicht sinnvoll.

Kernaussage 4
Die Einsatzgebiete für Energiespeicher sind sehr vielfältig und reichen von der Ultra-Kurzzeitspeicherung (im Bereich von Millisekunden bis Sekunden) bis hin zur saisonalen Speicherung
von Energie über mehrere Wochen und Monate. Hieraus ergibt sich eine große Bandbreite anwendungsspezifischer Anforderungen und Herausforderungen an Energiespeicher.

Kernaussage 5
Im Stromnetz sind Energiespeicher ein Element zur Stabilisierung und Flexibilisierung. Der Einsatz von Pump-, Druckluft- und Batteriespeichern zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen
(z. B. zur Frequenz- und Spannungshaltung) und im Energiehandel sind „Stand der Technik“.

Kernaussage 6
Netzinstabilitäten konnten bisher durch die Bereitstellung von Momentanreserve durch die in den großen Schwungmassen der Kraftwerksturbinen und -generatoren gespeicherte Energie ausgeglichen werden. Zukünftig werden konventionelle Kraftwerke immer mehr ersetzt, sodass langfristig andere Technologien, sogenannte “virtuelle Schwungmassen” (Leistungselektronik inklusive Speicher) diese Momentanreserve bereitstellen müssen.

Kernaussage 7
Deutschland verfügt über eine umfassend ausgebaute Gasinfrastruktur. Die Power-to-Gas-Technologie ermöglicht die Umwandlung elektrischer Energie in chemische Energie als Gas, das in ein Gasnetz eingespeist werden kann. Die Nutzung der Gasinfrastruktur ermöglicht Energiespeicherung auch zur Abdeckung von sogenannten Dunkelflauten.

Kernaussage 8
Die optimale Nutzung von netzgekoppelten Energiespeichern erfordert ein intelligentes, digitalisiertes und übergreifendes Energiemanagementsystem entlang der gesamten Wertschöpfungskette (Energiebereitstellung, -transport, -verteilung, -verbrauch).

Kernaussage 9
Der ökonomische und ökologische Wert von Energiespeichern ist abhängig von der Anwendung, den Einsatzbedingungen, den regulatorischen R hmenbedingungen und der infrage kommenden Speichertechnologie. Ein wirtschaftlicher Betrieb von Energiespeichern ist heute unter den in Deutschland gegebenen Rahmenbedingungen nur in wenigen Fällen möglich.

Kernaussage 10
Fotovoltaik(PV)-Heimspeicher werden seit einigen Jahren stark nachgefragt, obwohl deren Wirtschaftlichkeit derzeit häufig noch nicht darstellbar ist. Bei netzdienlicher Betriebsweise können
PV-Heimspeicher den weiteren Zubau von PVAnlagen in Verteilnetzen unterstützen, ohne dass
ein zusätzlicher Netzausbaubedarf entsteht. Auch Power-to-Heat-Systeme in Eigenheimen, in Kombination mit Wärmespeichern, könnten hierfür eingesetzt werden.

Kernaussage 11
Der Wärmesektor stellt in Deutschland den größ- ten Anteil am Endenergiebedarf dar. Die Verbindung von Wärmesektor und zunehmend erneuerbarem Stromsektor erfolgt über Power-to-HeatTechnologien. Um Flexibilität auch für das Stromnetz zu erschließen können Wärmespeicher genutzt werden.

Inhalt
Executive summary 1
Vorwort 4
Inhalt 5
Autorenteam 6
Abkürzungen 7
1 Energiespeicher 8
1.1 Technologische Übersicht Energiespeicher 8
1.2 Anwendungsbeispiele für Energiespeicher 9
1.3 Entwicklung des Energiespeicherausbaus 10
1.4 Key Performance Indicators zur Bewertung von Energiespeichern 11
1.5 Ökologischer Nutzen 12
1.6 Multivalenter Energiespeicherbetrieb 12
1.7 Regularien/Rechtlicher Rahmen 12
2 Energiespeicheranwendungen 15
2.1 Eigenverbrauchsoptimierung Heimspeicher 15
2.2 Eigenverbrauchsoptimierung Gewerbespeicher 16
2.3 Telekommunikations-Energiespeicher 17
2.4 Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit Batterien 18
2.5 Lastglättung Industrie 19
2.6 Systemdienstleistungen 21
2.7 Stromhandel 24
2.8 Langfristige Energiebereitstellung 26
3 Technologische Chancen, Herausforderungen und Auswirkungen 29
3.1 Blei-Säure-Batterien 29
3.2 Lithium-Ionen-Batterie 30
3.3 Redox-Flow-Batterien 31
3.4 Natrium-Batterien 32
3.5 Druckluftenergiespeicher 33
3.6 Pumpspeicher 34
3.7 Gasspeicher in Kombination mit Power-to-Gas 35
3.8 Wärmespeicher in Kombination mit Power-to-Heat 37
3.9 Schwungmassenspeicher 39
Schrifttum 40

Keywords: Energieangebot, Energiewende, erneuerbare Energien, Kurzzeitspeicher, Langzeitspeicher, Erzeugungsspitzen, Abregelung, Fotovoltaik, Energietransport, Heimspeicher, sustainable energy, power-to-gas-strategy, photovoltiac, power-to-heat-system