Netzdienliche Speicher
Eine Studie des Austrian Institute of Technology (AIT) untersucht, wie elektrische Speicher netzdienlich eingesetzt werden könnten, um die erneuerbaren Energien optimal zu nutzen.
Das Ziel ist bekannt: Ab 2030 soll Österreich seinen jährlichen Strombedarf bilanziell zu 100 Prozent mit erneuerbaren Energien decken. Wie das Umweltbundesamt (UBA), das Austrian Institute of Technology (AIT) und die Technische Universität Wien (TU Wien) ermittelten, bedeutet das nicht zuletzt, die Leistung der Windkraft von derzeit etwa 2,8 Gigawatt (GW) auf 6,7 GW zu verdreifachen. Bei der Photovoltaik wäre eine Verelffachung auf etwa 13,5 GW erforderlich.
Umbestritten ist, dass das die Verteiler-, aber auch die Übertragungsnetze erheblich belasten kann. Ferner ist mit einer massiven zeitweiligen Überproduktion an elektrischer Energie zu rechnen. Als Gegenmaßnahmen gelten der Ausbau der Netze sowie der Pumpspeicher, die Installation bzw. Ertüchtigung von Ortsnetzstationen (ONS) bzw. Transformatoren, aber auch der Betrieb elektrischer Speicher. Mit deren möglicher Rolle befasst sich eine aktuelle Studie des AIT mit dem Titel „Netzdienlicher Einsatz von elektrischen Speichersystemen – Anwendungsfälle, Systemintegration, Organisation“. Sie betrachtet elektrische Speicher „als Teil einer Gesamtlösung im Verbund mit anderen Maßnahmen und mit starker Interaktion mit diesen“.
Wie die Autoren erläutern, ist es möglich, elektrische Energiespeicher wie Batterien „grundsätzlich entlang der gesamten Versorgungskette für Elektrizität“ zu nutzen. Dazu gehört die wenigstens zeitweilige Entlastung anderer Betriebsmittel wie Kabel- und Freileitungen sowie Transformatoren, etwa mittels Reduktion von Leistungsspitzen, Phasensymmetrierung und – in eingeschränktem Umfang – der Blindleistungskompensation. Überdies können Speicher zur Sicherung der Spannungsqualität dienen. Dies gewinnt gerade angesichts der zunehmenden dezentralen Stromeinspeisung an Bedeutung, nicht zuletzt in ländlichen Regionen. Ferner ist es mit elektrischen Speichern möglich, die Übertragungsverluste in den Netzen zu vermindern.
Einsatz koordinieren
Im Niederspannungsnetz, also auf der Netzebene 7, sind elektrische Speicher insbesondere für die Vermeidung lokaler Leistungsengpässe und Spannungsbandverletzungen wichtig. Auf der Netz-ebene 6 können sie die Überlastung von Transformatoren verhindern, indem sie die Wirk- sowie die Blindleistung regeln. Hinsichtlich der Mittelspannungsleitungen (Netzebene 5) wiederum sind elektrische Speicher bei der Integration dezentraler Erzeugungseinheiten von Nutzen. Dies ist gerade beim Ausbau der erneuerbaren Energien von höchster Bedeutung. Überdies sind elektrische Speicher in der Lage, die Überlastung von Umspannwerken auf den Netzebenen 4 und 2 zu vermeiden und so der Einhaltung des N-1-Sicherheitskriteriums zu dienen. Auch in den Hoch- und Höchstspannungsnetzen der Ebenen 3 und 1 können sie „zur Sicherung der Spannungsqualität und der Vermeidung von Betriebsmittelüberlastung“ beitragen, heißt es in der AIT-Studie. Ausdrücklich betonen die Autoren die Notwendigkeit, beim Betrieb elektrischer Speicher deren mögliche Interaktion mit anderen Komponenten im Netz zu beachten: „Einerseits können dadurch gegenseitige adverse Effekte auftreten oder die Wirkung einzelner Komponenten aufgehoben werden. Andererseits können (einander) verschiedene Komponenten mit oder ohne koordinierte Regelung auch positiv beeinflussen.“ Im Sinne der Systemintegration empfehlen sie daher eine „aktive Koordination“ der verschiedenen Netzkomponenten, um so „ein Optimum im Netzbetrieb zu erreichen“.
„Es kann festgehalten werden, dass der netzdienliche Speichereinsatz umfassende positive Wirkung auf das Netz hat. Fragen des Regulativs und Ansätze zur Kostenreduktion sind noch zu klären.“
Organisationsfragen
Herausforderungen für den Einsatz elektrischer Speicher bestehen allerdings auch auf organisatorischer Ebene. So findet sich der Studie zufolge „im nationalen rechtlichen und regulatorischen Rahmen keine explizite Bestimmung für Speichersysteme bzw. ob Netzbetreiber eine solche Anlage besitzen bzw. betreiben dürfen“. Sehr wohl gibt es diese aber auf europäischer Ebene im Rahmen des Clean Energy Package. Von der Regulierungsbehörde E-Control wird Letzteres bekanntlich vehement abgelehnt. Denkbar wäre laut dem AIT, „Energiespeicher, die rein für den netzdienlichen Betrieb eingesetzt werden sollen, in Sonderbilanzgruppen für Netzbetreiber zusammenzufassen und sie mit Ausnahmeregelungen wie beispielsweise bei den Netzverlustbilanzgruppen zu behandeln“. Auch hierfür fehlen bis dato aber entsprechende rechtliche sowie regulatorische Vorgaben. Uneingeschränkt möglich ist dagegen der Betrieb elektrischer Speicher durch Dritte. Zum Zweck der Versorgungssicherheit ist allerdings „zu beachten, dass der Netzbetreiber Zugriff auf das System behält und auch, dass die Speichersteuerung den Netzbetrieb gegenüber einem Marktbetrieb priorisieren kann“, betont das AIT.
Kosten und Nutzen
Bleibt die Frage der Kosten. Der Studie zufolge liegen diese für Lithium-Ionen-Batteriespeichersysteme mit 1 MW/1 MWh unter Annahme einer Lebensdauer von 15 Jahren, einem Roundtrip-Wirkungsgrad von 80 Prozent und 5.000 Vollzyklen derzeit bei 90 Euro je kW bzw. 475 Euro je kWh. Bis 2030 könnten sie auf 75 Euro je kW bzw. 229 je kWh sinken, wobei von 84 Prozent Wirkungsgrad und 7.000 Vollzyklen ausgegangen wird. Jedoch ist auch der Aufwand für Alternativmaßnahmen nicht zu unterschätzen. Die Leitungsverstärkung etwa schlägt im unverbauten Gebiet mit rund 35.000 bis 45.000 Euro je Kilometer zu Buche, im verbauten Gebiet mit 90.000 bis 110.000 Euro.
„Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der netzdienliche Speichereinsatz umfassende positive Wirkung auf das Netz hat. Bevor Energiespeicher jedoch ein vollwertiges Werkzeug zur Ertüchtigung der Netze darstellen, sind Fragen des Regulativs und Ansätze zur Kostenreduktion zu klären“, resümiert das AIT.
Studie zum Download
| Studie: Netzdienlicher Einsatz von elektrischen Speichersystemen | 2 MB |