Deutschland als Experimentierfeld der Energiewende

Der nächste entscheidende Schritt im Zuge der Energiewende ist daher die Entwicklung von passenden Speichermethoden für Produktionsüberschüsse aus erneuerbaren Energien. Gerade in Deutschland, wo die Umstellung auf Erneuerbare bereits weit fortgeschritten ist, konzentriert sich daher die Forschung auf Speichermethoden und Verknüpfungen der verschiedenen erneuerbaren Quellen sowie die Sektorkopplung.

Naturstromspeicher in Gaildorf

Eine neue Methode wird demnächst in Gaildorf in Baden-Württemberg getestet. Dort soll Ende 2018 ein Naturstromspeicher ans Netz gehen. Dabei handelt es sich um ein Flexibilitätskraftwerk, das erstmals Wind- und Wasserkraft vereint: Ein Windpark wird mit einem Pumpspeicherkraftwerk kombiniert, sodass eine große Batterie auf Wasserbasis entsteht. Diese soll wiederum als Kurzzeitspeicher dienen und künftig das Stromnetz stabil halten.

Durch Gaildorf fließt der Kocher, östlich davon liegt der Höhenzug der Limpurger Berge, auf dem die vier Windenergieanlagen entstehen. (Grafik: Naturspeicher GmbH)

Dafür werden auch Technologien aus unterschiedlichen Bereichen ausgetauscht: Der Schweizer Konzern ABB liefert drei Mittelspannungs-Windturbinenumrichter PCS6000 sowie drei Hochspannungs-Asynchronmotoren AMI800, die Transformatoren und die Schaltanlage nach Gaildorf. Dadurch wird der Naturstromspeicher stufenlos regelbar und kann sehr effizient Regelenergie zur Verfügung stellen.

„Die Windumrichter erfüllen im Vergleich zu konventionellen Umrichtern die Grid-Code Anforderungen der Netzbetreiber und eignen sich somit optimal für diese Art der Anwendung“, ist sich Stefan Bögl, Geschäftsführer der Naturspeicher GmbH, sicher. „Damit erhält ein Serienprodukt aus der Windkraft erstmals Einzug in die Wasserkraft, die sonst ausschließlich mit individuell ausgelegten Produkten arbeitet.“

Die Baustelle in Gaildorf (Foto: Naturspeicher GmbH)

Power-to-Gas und Methanisierungsanlage in Falkenhagen

Eine andere, langfristigere Lösung wird unterdessen in Falkenhagen in Brandenburg gesucht. Dort betreibt Uniper, eine Tochtergesellschaft des Energieversorgers E.ON, bereits eine Power-to-Gas-Anlage. Nach dem Prinzip der Elektrolyse wandelt die Demonstrationsanlage regenerativ erzeugte Windenergie in Wasserstoff um, von dem ein geringer Anteil von reinem Wasserstoff, sogenanntem „WindGas“, direkt ins Erdgasnetz eingespeist wird.

Power-to-Gas-Anlage in Falkenhagen (Foto: Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) / Uniper)

Nun wird die bestehende Anlage um eine Methanisierungs-Anlage erweitert, die darüber hinaus Wasserstoff mit Hilfe von CO2 in Methan umwandelt. Dieses Methan ist synthetisches Erdgas, das in der bestehenden Erdgasinfrastruktur aus Speichern und Leitungen uneingeschränkt transportiert und gespeichert werden kann. Dadurch lässt sich Windenergie quasi im Erdgasnetz speichern, um Erzeugung und Verbrauch zu entkoppeln. Die bei der Umwandlung entstehende Wärme wird außerdem einem nahe gelegenen Furnierwerk zur Verfügung gestellt und so die Sektorkopplung aktiv betrieben.

Bei dem Projekt arbeiten verschiedene Partner mit finanzieller Unterstützung der EU zusammen: Die neue Anlage errichtet und betreibt Uniper gemeinsam mit thyssenkrupp Industrial Solutions, dem Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

„Power-to-Gas ist eine der Schlüsseltechnologien für die Energiewende. In Falkenhagen haben wir die Technologie bis zur Marktreife entwickelt. Aus erneuerbarer Energie wird grünes Gas, das – auch durch die bald mögliche Methanisierung – vielfältig genutzt werden kann. Der großtechnische Einsatz wird derzeit allerdings noch durch unzureichende politische Rahmenbedingungen behindert. Der Rolle von Speichertechnologien muss Rechnung getragen werden, damit die notwendige Integration der Erneuerbaren durch Power-to-Gas bald Fahrt aufnimmt“, so Eckhardt Rümmler, im Vorstand von Uniper für Innovationen verantwortlich.

Greenpeace Energy fordert Bundesregierung zum Handeln auf

Auch der Energieversorger Greenpeace Energy betreibt bereits eine Power-to-Gas-Anlage in Deutschland und verkauft das Windgas an seine Kunden. Im Firmensitz Hamburg zeigt man sich mit den bisherigen politischen Rahmenbedingungen ebenfalls unzufrieden und warnt vor extremen Wetterlagen.

Eine kürzlich von Greenpeace Energy in Auftrag gegebene Studie des Berliner Analyseinstituts Energy Brainpool hat dazu das Phänomen der so genannten 'kalten Dunkelflaute' untersucht: Aufgrund von Schwachwind, starker Bewölkung sowie jahreszeitbedingter Dunkelheit über mehrere Tage oder Wochen produzieren Windkraft- und Solaranlagen zu wenig Strom, um die gleichzeitig kältebedingt hohe Nachfrage zu decken.

Die so genannte 'kalte Dunkelflaute' (Grafik: Greenpeace Energy)

„Die Pläne des Bundeswirtschaftsministeriums reichen nicht aus. Für eine nachhaltige Versorgung braucht das Energiesystem auch nachhaltige technologische Lösungen“, sagt Sönke Tangermann, Vorstand bei Greenpeace Energy. Möglich wird dies laut der Studie erst durch den großflächigen Einsatz von innovativen Technologien wie Windgas.

Das Bundeswirtschaftsministerium hatte dagegen in seinem Strategiepapier „Strom 2030“ noch betont, die Stromversorgung künftig stärker durch Importe aus Nachbarländern abzusichern. Allerdings zeigt die Studie, dass die kalte Dunkelflaute oft große Teile Europas zur selben Zeit betrifft. Dagegen würde letztlich nur ein Ausbau der neuartigen Technologien auch im Ausland helfen. „Bei einer europaweiten Energiewende muss der grenzüberschreitende Stromaustausch in den kommenden Jahren dringend durch weitere Flexibilitätsoptionen ergänzt werden, um Wetterereignisse wie die kalte Dunkelflaute abzufedern“, sagt Fabian Huneke von Energy Brainpool.

Letztlich läuft alles auf eine noch stärkere Diversifikation des Energiemarktes hinaus. Vielfältige Methoden der Nutzung und Speicherung von erneuerbaren Energien müssen von einer Vielzahl an Playern miteinander in Einklang gebracht werden, um möglichst schnell ein carbonfreies Stromsystem zu schaffen. Die nächste Stufe der Energiewende hat also gerade erst begonnen.