Erneuerbare Energien integrieren / 07.04.2016

Stromversorgung für 2050 modellieren

Der wachsende Anteil erneuerbarer Energien im Stromversorgungssystem erfordert zusätzliche Flexibilitätsoptionen durch Speicher, Lastmanagement und Netzausbau. © Fotolia / Fotolyse

Bis zum Jahr 2050 sollen erneuerbare Energien mindestens 80 Prozent der Stromerzeugung übernehmen. Dafür muss das gesamte Energiesystem schrittweise angepasst und umgebaut werden.

Dabei verändern sich Energieflüsse – und auch die Aufgabenverteilung zwischen Erzeugern, Netzbetreibern und Verbrauchern. In einem Forschungsprojekt untersuchte das Öko-Institut, wie das künftige Energiesystem aussehen muss und welchen Beitrag zur Flexibilisierung die verschiedenen Sektoren, wie beispielsweise die Industrie, leisten können. In verschiedenen Wirtschaftsbereichen kann Lastmanagement (Demand Side Management DSM) neben Kraftwerken, Speichern und einer verstärkten europäischen Vernetzung zur Flexibilisierung von Angebot und Nachfrage beitragen und helfen, Energiedefizite zu vermeiden.

Eine wichtige Rolle spielt hier die Industrie. Sie verbraucht mit über 300 Mio. MWh pro Jahr knapp die Hälfte der elektrischen Energie in Deutschland - über 50 Mio. MWh davon gingen 2013 an die chemische Industrie.

Wie Industrie und Gewerbe zum Lastmanagement beitragen können

Rangfolge der einsetzbaren Flexibilitätsoptionen nach Wirtschaftlichkeit; Maßstab spezifischer Barwert. Es gilt die Annahme, dass die verschiedenen Optionen nicht miteinander konkurrieren. © Öko-Institut

Welchen Beitrag zu einem flexibleren Energieeinsatz können die einzelnen Branchen leisten? In der Papierindustrie können die Herstellung von Holzschliff und die eigentliche Papierherstellung in Papiermaschinen genutzt werden. Das ergibt eine Speicherkapazität von 100 MWh bei der Holzschliff- und 790 MWh bei der Papierproduktion, die Speicherkapazität für fertiges Papier beträgt 7.900 MWh.

Bei der Chemieindustrie liegt ein wesentliches Potenzial im Prozess der Chlorelektrolyse, hauptsächlich ermöglicht durch die Speicherung von Chlor oder Dichlorethan (DCE), einem Zwischenprodukt der PVC-Herstellung. Das Öko-Institut geht von einer Kapazität von 800 MWh für Chlor und 3.000 MWh für DCE aus.

In der Zementindustrie eignen sich vor allem die Zementmühlen für ein Lastmanagement. Sie haben eine Gesamtleistung von 347 MW, die nutzbare Speicherkapazität beträgt 2.900 MWh.

Die Schmelzprozesse in Aluminiumindustrie und Elektrostahlproduktion sind sehr energieintensiv, eignen sich aber produktionsbedingt nicht fürs Lastmanagement. Die Untersuchung beschränkt sich auf das industrielle Lastmanagement. Hierzu gehört es, Produktionsschritte zeitlich zu verschieben beziehungsweise Zwischen- oder Endprodukte zu speichern. Lastabwurf bleibt unberücksichtigt, weil die Kosten dadurch verursachter Produktionsausfälle nicht eindeutig definierbar sind.

Im Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistung wurden sieben Branchen betrachtet, die ihren Stromverbrauch flexibel gestalten können. Das ist möglich bei Kläranlagen, Wasserwerken und Gewächshausbeleuchtungen mit prozessbedingtem Intervallbetrieb, bei Kühlhäusern, Klimatisierung, Lebensmittelherstellung und -einzelhandel über thermische Speicher.
Auf dem Weg zur Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Quellen gewinnen solche Flexibilitätsoptionen zunehmende Bedeutung. Die Kapazitäten der vorhandenen Pumpspeicherwerke (PSW) reichen dann längst nicht mehr; beispielsweise hat das PSW in Goldisthal (Ostthüringen) als eines der größten und modernsten Europas eine Kapazität von 1.060 MW.

Ein Modell der Stromversorgung im Jahr 2050

Die Forscher untersuchten mit Hilfe einer modellbasierten Szenarienanalyse, wie sich der Flexibilitätsbedarf bei wachsendem Anteil erneuerbarer Energien entwickelt, welchen Beitrag die verschiedenen Flexibilitätsoptionen bei einem steigenden Anteil erneuerbarer Energien leisten können und wie wirtschaftlich diese unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Kosten und Erlöse sein können. Ziel der durchgeführten Simulation ist es, einschätzen zu können, wie wirtschaftlich sich einzelne mögliche Flexibilitätsoptionen umsetzen lassen – abhängig von Investitionskosten der jeweiligen Technologie, den Einsatzstunden sowie den korrespondierenden Marktpreisen. Eine erste Orientierung bietet die in der Abbildung dargestellte Reihenfolge: mit Wärmespeichern für KWK-Anlagen lässt sich am leichtesten Geld verdienen, denn sie erfordern geringe spezifische Investitionen. Darauf folgen Lastmanagementoptionen bei Industrie und in Gewerbe, Handel, Dienstleistung. Zwar können Druckluft- und Pumpspeicher hohe Erlöse erzielen, doch aufgrund der hohen Baukosten fallen sie deutlich hinter die Spitzenreiter zurück.

 

Das BINE-Projektinfo 2/2016 „Stromversorgung für 2050 modellieren“ stellt die Ergebnisse des Forschungsvorhabens ausführlicher vor.

Mehr zum Projekt

Systematischer Vergleich von Flexibilitäts- und Speicheroptionen im deutschen Stromsystem zur Integration von erneuerbaren Energien

Abschlussbericht ist erhältlich als externer Download von der TIB Hannover.

Projektbeteiligte:

Projektleitung, Kraftwerkseinsatzmodell
Öko-Institut e.V.

Netzmodellierung
Energynautics GmbH

Förderkennzeichen
0325276

Service

Stromversorgung für 2050 modellieren
BINE-Projektinfo 02/2016

Links

Zukunftsfähige Stromnetze
Portal der Forschungsinitiative mit aktuellen Meldungen aus Forschung und Entwicklung

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, auch zu diesem Projekt.