Sensitivitätsanalyse für Stromspeicher als Flexibilitätsoption in Energiesystemen mit hohem Anteil fluktuierender Erzeugung

Abstract

Das Elektrizitätsversorgungssystem in Europa, insbesondere in Deutschland, befindet sich in einem Umbruch. Aufgrund der Abschaltung der Atomkraftwerke und weiterer fossiler Kraftwerke, die das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, fällt gesicherte Leistung und Regelleistung aus dem Stromerzeugungssystem. Im Gegenzug steigt der Anteil von Strom aus fluktuierender erneuerbarer Quellen. Die Erzeugung bei fluktuierenden erneuerbaren Energien erfolgt dargebotsabhängig und folgt nicht dem Lastgang. Dadurch wird eine größere Flexibilität bei Last und den anderen Erzeugern zur Deckung der Residuallast notwendig. Dazu steht ein breites Band an Technologien zur Verfügung. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf Speichertechnologien. Ziel dieser Arbeit ist eine Untersuchung der Robustheit des Ergebnisses bei der Ermittlung von Speicherbedarf im deutschen Übertragungsnetz. Die Robustheit bezieht sich auf Änderungen ausgewählter Annahmen, wie Kosten, Netzausbau oder Abregelung. Dies soll zum Verständnis beitragen, unter welchen Umständen und in welchem Umfang der Einsatz von Speichern für eine Elektrizitätsversorgung auf Basis erneuerbarer Energien volkswirtschaftlich sinnvoll ist. Es werden die Technologien Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicherkraftwerk, Batteriespeicher und Wasserstoffspeicher berücksichtigt. Die Grundlagen dieser Technologien und die Anwendungsmöglichkeiten von Speichern werden erläutert. Auch werden alternative Flexibilitätsoptionen aufgezeigt und der Stand der Forschung diskutiert. Die Untersuchung des Speicherbedarfs erfolgt anhand von linearer Optimierung. Dazu wird das Optimierungsmodell Renewable Energy Mix for sustainable energy supply (REMix) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich sowohl die Kosten von Brennstoffen als auch die Kosten für Emissionszertifikate auf den Speicherbedarf auswirken. Die Sensitivität bezüglich dieser Kosten ist jedoch deutlich geringer als die Sensitivität bezüglich Änderungen im Gesamtanteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung, dem Netzausbau sowie der Beschränkung von Abregelung fluktuierender erneuerbarer Erzeuger.