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Energiespeichersysteme werden verwendet, um verfügbare Energie, die nicht sofort benötigt wird, für eine spätere Verwendung zu speichern. Durch die Speicherung kann die Energie dann genutzt werden, wenn sie benötigt wird. Das Ziel ist es, ein zuverlässiges und umweltfreundliches System zu schaffen. Mit dem zunehmenden Anteil an erneuerbaren Energien steigt auch der Bedarf an Speicherung.
Bezahlbare und saubere Energie
Industrie, Innovation und Infrastruktur
Nachhaltige Städte und Gemeinden
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Beschreibung
Die weltweite Energienachfrage ist in den letzten zehn Jahren stark angestiegen. Die Gründe dafür sind das Wirtschaftswachstum, das Bevölkerungswachstum und die Industrialisierung der Entwicklungsländer. Diese Energienachfrage muss auf eine möglichst stabile und nachhaltige Weise gedeckt werden, und zwar mit erneuerbaren Energien(Proton OnSite, 2016).
Die variable Stromerzeugung ist ein häufiges Phänomen, wenn es um erneuerbare Ressourcen wie Wind und Sonne geht. So kann es zu einer Diskrepanz zwischen der erzeugten Energie und den Verbrauchsmustern kommen, was dazu führt, dass die Energie nicht unbedingt zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, zu dem sie benötigt wird. Außerdem wird die Energie aufgrund der dezentralisierten und weit verbreiteten Energieerzeugung durch erneuerbare Quellen nicht unbedingt dort produziert, wo sie auch benötigt wird.
Energiespeichersysteme entkoppeln Energieerzeugung und -verbrauch und können daher zum Ausgleich des Systems beitragen, indem sie die im Moment verfügbare Energie, die nicht sofort benötigt wird, für die zukünftige Nutzung speichern(Distributed Control Methods and Cyber Security Issues in Microgrids, 2020).
Zu lösende Probleme
Indirekt durch die verstärkte Integration erneuerbarer Energien:
Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen
Kohlenstoff-Emissionen
Beeinträchtigung der Luftqualität
Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen
Unmittelbar durch Speicherlösungen:
Spannungs- und Frequenzregulierung
Instabilität des Netzes
Geografische Ungleichgewichte
Spitzenlastabschaltung
Effizienz der erneuerbaren Energien
Nutzungsrate der erneuerbaren Erzeugung
Stadtkontext
Für welche unterstützenden Faktoren und Merkmale einer Stadt ist diese Lösung geeignet? Welche Faktoren würden die Umsetzung erleichtern?
Die Zusammensetzung des Strompreises kann die wirtschaftliche Leistung eines Energiespeichersystems beeinflussen.
Gesetzliche Regelungen haben einen großen Einfluss und können Speichersysteme in Ländern, Regionen und Städten fördern oder hemmen.
Da die Stromspeicherung hauptsächlich mit erneuerbaren Energien zusammenhängt, sorgt die Nähe zu einer Anlage für erneuerbare Energien für einen ganzheitlichen Ansatz zur Maximierung der Emissionseinsparungen innerhalb der gezogenen Grenzen. So kann beispielsweise der von einer Windturbine oder einer Photovoltaikanlage erzeugte Strom in einem Speichersystem gespeichert werden.
Unterstützende Faktoren
Verbreitung lokaler erneuerbarer Energiequellen (Wind-/Solar-/KWK-Betrieb mit erneuerbaren Energien)
Netzmodernisierung, wie der Übergang zu intelligenten Netzen, hilft bei der Integration von Stromspeichersystemen
Lokale Vorschriften, die Energiespeichersysteme unterstützen (siehe Regierungsinitiativen)
Regierungsinitiativen
Welche Anstrengungen und Maßnahmen unternehmen die lokalen/nationalen öffentlichen Verwaltungen, um diese Lösung zu fördern und zu unterstützen?
Die wirtschaftliche Leistung vieler Technologien zur Energieerzeugung und -speicherung hängt stark von den rechtlichen Rahmenbedingungen ab, insbesondere von Steuern und Abgaben. Die Klimapolitik und die Auswirkungen des CO2-Preises haben das Potenzial, Technologien mit geringen Kohlenstoffemissionen zu fördern. Dann wird der Preis für die Zertifikate zu den variablen Kosten der einzelnen fossilen Technologien addiert. Mehrere europäische Länder haben zum Beispiel eine Kohlenstoffsteuer. Portugal, Schweden, Spanien und Polen sind nur einige Beispiele(taxfoundation, 2020).
Es hat mehrere EU-Initiativen zu Batterien gegeben, wie Batteries Europe, SET Plan action, BRIDGE-Projekte zu Batterien oder das BATSTORM-Projekt(Europäische Kommission, 2020).
Den meisten Ländern in der EU fehlt ein spezifischer Fördermechanismus für Energiespeichersysteme, obwohl einige von ihnen spezifische Maßnahmen eingeführt haben. In Deutschland gibt es zum Beispiel ein Förderprogramm für den Vertrieb von Batteriespeichersystemen. Es soll sicherstellen, dass PV-Solaranlagen einen größeren Nutzen für das Gesamtsystem haben, indem ihr Export geglättet wird. Während einige Energiespeicherlösungen auch ohne Subventionen wirtschaftlich tragfähig sind, haben größere infrastrukturintensive Projekte, wie z.B. größere Pumpspeicherkraftwerke, aufgrund des hohen Ertragsrisikos derzeit Schwierigkeiten, Investitionen anzuziehen(cms, 2018).
Stakeholder Mapping
Welche Interessengruppen müssen bei der Planung und Umsetzung dieser Lösung berücksichtigt werden (und wie)?
Akteursübersicht Energiespeicherung
Akteursübersicht eines Energiespeichersystems (BABLE, 2021)
Marktpotenzial
Wie groß ist der potenzielle Markt für diese Lösung? Gibt es EU-Ziele, die die Umsetzung unterstützen? Wie hat sich der Markt im Laufe der Zeit und in letzter Zeit entwickelt?
Es gibt zahlreiche Prognosen für den zukünftigen Energiespeichermarkt. Einige davon weichen erheblich voneinander ab, doch eine Aussage lässt sich in allen Prognosen wiederfinden: Der Energiespeichermarkt wird wachsen. Eine Studie von Deloitte (2018) identifiziert verschiedene Triebkräfte für dieses Wachstum:
Sinkende Kosten für Speichertechnologien
Steigende Leistungsfähigkeit
Die Modernisierung und Komplexität der Stromnetze werden zunehmen
Es werden mehr erneuerbare Energien installiert (regional bis global)
Einbindung von Speichersystemen in die Stromgroßhandelsmärkte
Es werden finanzielle Anreize zur Förderung des Einsatzes von Speichertechnologien geschaffen
Niedrige oder sinkende Einspeisevergütungen (FITs) für erneuerbare Energien erhöhen die Anreize für den Eigenverbrauch des erzeugten Stroms
Wachsendes Bedürfnis der Verbraucher nach Selbstversorgung (Energieautarkie), Resilienz oder Unabhängigkeit
Nationale Vorschriften und politische Maßnahmen zur Förderung von Speicherlösungen, um spezifische Herausforderungen wie Importabhängigkeit zu bewältigen, Lücken im Erzeugungsmix zu schließen sowie Umwelt- und Dekarbonisierungsziele voranzutreiben
Die Energiespeicherung wird wahrscheinlich auch von umfassenden politischen Vorgaben profitieren, die mit der Urbanisierung und Zielen zur Verbesserung der Lebensqualität in Entwicklungsländern verbunden sind
Im Jahr 2019 belief sich die weltweite Nachfrage nach Energiespeichersystemen auf 194,32 GW (Prognosen nach Region und Segment, 2020). Laut Bloomberg NEF wird der Energiespeichermarkt bis 2040 kumulativ auf 943 GW bzw. 2.857 GWh anwachsen. Von 2018 bis 2040 werden 620 Milliarden US-Dollar in Energiespeicher investiert. Bis 2040 wird erwartet, dass Energiespeicher auf einen Anteil von 7 % der weltweit installierten Stromkapazität anwachsen werden. Zu Beginn werden viele Stromspeicher hinter dem Zähler installiert sein, doch bis Mitte der 2030er Jahre wird erwartet, dass der Großteil der Speicher im Großspeichersektor angesiedelt sein wird. Die Entwicklung des Marktes in den einzelnen Ländern ist in der folgenden Abbildung dargestellt (BloombergNEF, 2018).
Abbildung: Prognostizierte kumulierte weltweite Speicherkapazität nach Ländern 2018–2030 (Deloitte, 2018)
Kostenstruktur
Die Kosten für Speicherkapazitäten sind für ein Energiesystem, das zu einem erheblichen Teil auf erneuerbaren Energien basiert, von entscheidender Bedeutung. Die nachstehende Abbildung bietet einen Überblick über die spezifischen Preise pro kWh für verschiedene Stromspeichertechnologien der letzten Jahre. Darin enthalten sind Batteriesysteme, „Power-to-X“-Technologien (Elektrolyse, braun dargestellt) sowie Pumpspeicherkraftwerke (Pumpspeicher, gelb dargestellt) als derzeit am häufigsten genutzte Lösung. Auf der horizontalen Achse wird der Zusammenhang zwischen Preis und kumulierter installierter Leistung dargestellt. Somit lässt sich ein Zusammenhang zwischen der installierten Leistung und den Kostensenkungen beobachten.
Abbildung: Erfahrungskurven für die Kosten und die kumulierte installierte Leistung verschiedener Stromspeichertechnologien (Schmidt, Hawkes, Gambhir & Staffell, 2017)
Zusätzlich zum historischen Rückgang der spezifischen Kosten für elektrische Speicherkapazitäten werden weitere Kostensenkungen erwartet. Studien prognostizieren, dass sich die Levelised Cost of Storage (LCoS) bis 2030 und 2050 um mindestens ein Drittel bis zur Hälfte verringern werden. Darüber hinaus wird erwartet, dass Lithium-Ionen-Batterien ab 2030 für nahezu alle stationären Batterieanwendungen kosteneffizienter werden dürften (Schmidt, Melchior, Hawkes & Staffell, 2019). Die Kostenreduktionen sind nicht allein auf Skaleneffekte zurückzuführen, sondern auch auf den Reifegrad der Technologien. Die folgende Abbildung zeigt eine Prognose zur Entwicklung der LCoS.
2016 - Paket "Saubere Energie für alle Europäer" - u.a. Umstellung auf saubere Energie und Öffnung der Strommärkte für Energiespeicherung(Europäische Kommission, 2017)
2019 - Richtlinie über die Ausgestaltung des Elektrizitätsmarktes (Neufassung): zielt darauf ab, Hindernisse für die Energiespeicherung abzubauen, und schreibt eine diskriminierungsfreie und wettbewerbsorientierte Beschaffung von Ausgleichsleistungen sowie faire Regeln für den Netzzugang und die Entgelte vor(Amtsblatt der Europäischen Kommission, 2019)
Energiewendegesetz: setzt ehrgeizige Ziele für 2030 für erneuerbare Energien in Frankreich, Energiespeicherung als Notwendigkeit, um umweltpolitische Ziele zu erreichen
Die Entwicklung dieser Lösung wurde mit EU-Mitteln unterstützt.
Anwendungsfälle
Sehen Sie sich Beispiele für die Umsetzung dieser Lösung in der Praxis an.
Energie
Verkehr
Wiederverwendung von EV-Batterien als Energiespeicher
Lösung für die Wiederverwendung von Batterien für Elektrofahrzeuge (EV). Die EV-Taxis des privaten Unternehmens OU Takso in Tartu werden teilweise mit erneuerbarer Energie aufgeladen, die vor Ort mit PV-Paneelen erzeugt und in gebrauchten EV-Batterien gespeichert wird, wodurch die Ausbeute der Batterien verbessert wird.
Energiespeicherung in Espoos positivem Energiebezirk
Thermal energy is stored in the ground (boreholes), where excess thermal energy is returned to and stored in the ground. An electric battery in Lippulaiva is used to optimize electricity usage and participating in electricity reserve markets.
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