Batteriespeicher – ein wichtiger Bestandteil eines fossilfreien Energiesystems

Der Klimawandel erfordert eine zügige Umgestaltung unserer Energielandschaft. Die Vorgabe der Bundesregierung ist daher, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung bis 2030 auf 65 Prozent auszubauen. Ähnlich ambitioniert sehen die Klimaziele in anderen europäischen Ländern aus. EU-weit sollen es in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr bis 2030 32 Prozent aus erneuerbaren Quellen sein.

Um die dafür notwendige Elektrifizierung in allen Sektoren umzusetzen, müssen komplexe Anforderungen an das Energiesystem gelöst werden. In den Fokus rücken hier die sogenannten Systemdienstleistungen, die dazu dienen, Frequenz und Spannung in den Netzen auch bei einer mehr und mehr volatilen Einspeisung von Erneuerbaren stabil zu halten. Bislang haben vor allem konventionelle Kraftwerke diese Aufgabe übernommen. In Zukunft können zunehmend dezentrale Anlagen wie Batteriespeicher durch ihre hohe Flexibilität dabei helfen, Strom aus Wind und Sonne besser zu integrieren.

Der Anteil von Wind und Sonne wird wachsen – bei gleichzeitig sinkenden Kosten. Für den Einsatz von Batteriespeichern ergeben sich neue, tragfähige Geschäftsmodelle. Sebastian Gerhard, Leiter Batterien bei Vattenfall, gibt einen aktuellen Überblick über das Thema.

Batteriespeicher und Erneuerbare – eine ideale Kombination

Hybridkraftwerke kombinieren Wind- oder Solarstromerzeugung mit einer Batterie an einem Standort. „Diese Kombination bietet eine ganze Reihe von Vorteilen. Erzeugung und Speicher nutzen dieselbe Infrastruktur wie auch den Netzanschluss gemeinsam und können durch die Nutzung der Synergieeffekte wirtschaftlicher betrieben werden. Hybridparks mit Batteriespeichern tragen zur Netzstabilität bei und können Betreibern von Windparks ein alternatives Marktmodell bieten, wenn nach 2020 die gesetzliche Förderung aus dem EEG ausläuft“, erläutert Sebastian Gerhard.

Ein Leuchtturmprojekt mit 22 Megawatt ist der größte Batteriespeicher von Vattenfall am Onshore-Windpark Pen Y Cymoedd in Wales, der 2018 in Betrieb ging. Der Speicher aus Lithium-Ionen-Batterien liefert Regelleistung zur Stabilisierung des Übertragungsnetzes (Enhanced Frequency Response, EFR), aber auch Erkenntnisse aus dem gemeinsamen Management von Windenergieerzeugung und Speichertechnologie.

Batteriespeicher am Princess Alexia Windpark in den Niederlanden

Im niederländischen Windpark Princess Alexia sind 88 Batterien des BMW i3 zu einer Mega-Batterie verbunden, um Windenergie speichern zu können. Am Windpark Haringvliet bei Rotterdam ist geplant, Wind- und Sonnenenergie sowie Batterien miteinander zu verbinden. Ab 2020 soll dort eine 12-Megawatt-Batterie Primärregelleistung erbringen.  

Das Speicherregelkraftwerk in Hamburg-Curslack besteht aus 24 Batterien der neuesten BMW-Technologie, die auch in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Der Batteriespeicher verfügt über eine Leistung von 720 kW und eine Speicherkapazität von 792 Kilowattstunden.

In Hamburg-Curslack ist seit September 2018 ebenfalls ein Windpark in Kombination mit einem Batteriespeicher in Betrieb. Mit diesem Speicherregelkraftwerk, das als Teil des Großprojektes NEW 4.0 – Norddeutsche EnergieWende errichtet wurde, werden Möglichkeiten zur Systemintegration erneuerbarer Energien praxisnah erforscht. Durch die Koppelung mit dem Batteriespeicher wird die Stromlieferung aus dem Windpark optimiert; Abschaltungen von Windenergieanlagen bei Netzüberlastung sollen zukünftig so weit wie möglich vermieden werden.

Sebastian Gerhard skizziert weitere Möglichkeiten für den Einsatz von Batteriespeichern: „Wir wollen zusammen gemeinsam mit den Projektpartnern Nordex und der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg hier auch Modelle für innovative Systemdienstleistungen entwickeln. Dabei geht es um Regelenergie zum Ausgleich kurzfristiger Schwankungen der Netzfrequenz. Zukünftig könnten Erneuerbare gemeinsam mit Batteriespeichern diese Leistungen marktbasiert erbringen.“

Batteriepartnerschaft  – Batteriespeicher als maßgeschneiderte Lösung für Kunden

Einen idealen Anwendungsfall für Batteriespeicher sind zum Beispiel Rechenzentren. Diese Kunden haben einen bestimmten Energiebedarf, ein bestimmtes Lastprofil und hohe Anforderungen an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Batteriespeicher können hier für die Notstromreserve gegenüber Dieselgeneratoren eine Alternative darstellen. In Verbindung mit einem Stromlieferungsvertrag mit grüner Energie können Rechenzentren unabhängig von fossilen Brennstoffen betrieben werden. Diese sogenannten grünen Power Purchase Agreements (PPA) – langfristige Stromlieferverträge über grünen Strom, die direkt zwischen einem Stromabnehmer (Käufer) und einem Anlagenbetreiber (Verkäufer) abgeschlossen werden, werden in einem Marktumfeld, das künftig ohne EEG-Förderung auskommen muss, eine immer größere Rolle spielen. Viele Unternehmen haben sich ambitionierte Klimaziele gesteckt. Mit einem PPA verbessern sie ihre CO2-Bilanz und leisten so einen Beitrag zur Energiewende.

Für besonders energieintensive Industrieunternehmen kann sich auch der Einsatz von Batterien zum Kappen von Lastspitzen lohnen. Beim Auftreten von Lastspitzen wird der Strom aus dem Batteriespeicher bezogen und nicht aus dem Stromnetz. Der erste Kunde, bei dem Vattenfall 2018 eine Batterie für das so genannte Peak Shaving installiert hat, ist ein großes Logistik-Unternehmen bei Hamburg.

Auch für den mobilen Einsatz sind Batterien geeignet. Bei den ersten klimaneutralen Ski-Weltmeisterschaften hat Vattenfall in diesem Jahr mit einem mobilen Batteriespeicher dafür gesorgt, dass Schneemobile und Elektrofahrzeuge jederzeit mit grüner Energie betankt werden konnten. 

Darüber hinaus bietet Vattenfall auch Batterien zum Einsatz im Netz an. Die schwedische Business Area Network Solutions untersucht zurzeit Möglichkeiten, mit dem Einsatz von Batterien Schwankungen im Netz auszugleichen. Auf diese Weise könnten Batterien dazu beitragen, regional Netzengpässe zu vermeiden.

Die Zukunft der Batteriespeicher - mehr Einsatzmöglichkeiten, mehr Speicher

Batterien können also vielfältige Aufgaben übernehmen. Neben der Speicherung und Lieferung von Strom sind dies auch Systemdienstleistungen für die Netzstabilität, Ausgleichsenergieleistungen, Glätten von Lastspitzen und die Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung. 

„Zukünftig sind auch weitere Einsatzmöglichkeiten für Batterien denkbar“, so Gerhard. „Zum Beispiel könnte eine Batterie auch ganz einfach Energie von einem Punkt zum anderen transportieren. Batterien könnten auch die Schwarzstartfähigkeit von Anlagen ermöglichen. Darüber hinaus sind auch in größerem Umfang Ausgleichsleistungen für den Energiehandel denkbar - also ein schneller Energie-Austausch-Markt, um Kosten für Nichtbalancen im Netz zu vermeiden.“

Allerdings wäre ein solcher Einsatz von Batterien im großen Maßstab zum jetzigen Zeitpunkt zu kostenintensiv. „Abgesehen von dem Kostenfaktor sind die heute am Markt verfügbaren Batterien für diesen Einsatzfall auch nicht geeignet. Die ständigen Ladezyklen sind sehr energieintensiv – und wirken sich auf die Lebensdauer der Batterie aus“, so Gerhard weiter.  Hinzu kommt: Je nach Standort ist der Einsatz abhängig vom regulatorischen Rahmenwerk. Gegenwärtig gibt es keine Förderanreize für diese Anwendungen.

Für die Einsatzmöglichkeiten für Batteriespeicher auf dem Weg in eine Energiewelt ohne fossile Energieerzeugung erfordert allerdings auch eine Weiterentwicklung der Technologie in mehrerer Hinsicht. Der effiziente Einsatz der verschiedenen Batterietypen muss erforscht, ebenso wie deren Qualität verbessert werden. Schlussendlich sollte der Einsatz von Batteriespeichern in Zukunft marktfähig sein; die Kosten für den Einsatz müssen also noch deutlich sinken und die Rahmenbedingungen optimiert werden.

Das Fazit von Sebastian Gerhard: „Durch die Elektromobilität hat die Batteriespeichertechnologie enorm Fahrt aufgenommen. Viele Unternehmen – wie auch wir – bringen ihre Expertise für mehr Marktfähigkeit und Produktionskapazitäten ein. Europa entwickelt sich also gerade zu einem wichtigen Forschungs- und Produktionsstandort für Speichertechnologien.“