Wie viel Speicher braucht die Energiewende?

Wind- und Solaranlagen liefern günstigen und sauberen Strom und es gibt noch viele Dächer und Felder, auf denen wir weitere Anlagen bauen können. Doch leider schwankt die Leistung der beiden Energiequellen häufig. Nun ist es glücklicherweise so, dass der Wind oft dann weht, wenn die Sonne nicht scheint, und umgekehrt Sonne scheint, wenn der Wind nicht weht. Beide Energiequellen ergänzen sich oft hervorragend – und trotzdem muss zu jeder Zeit genau so viel Strom zur Verfügung stehen, wie gerade verbraucht wird. Ohne Speicher geht es nicht – die Frage ist aber: wie muss so ein Speicher beschaffen sein?

Die Speichergröße für Solar- und Windstrom abschätzen

Ideal wäre ein Speicher dann, wenn er alle Schwankungen des Wind- und Solarstroms aufnehmen, und so gleichmäßig wie möglich den Strom wieder abgeben würde. Dann würde der Speicher sich verhalten wie ein heutiges konventionelles Kraftwerk, das konstant immer mit der gleichen Leistung durchläuft.

Die benötigte Speicherkapazität kann man also ermitteln, indem man über den gesamten Betrachtungszeitraum – hier zwei vollständige Jahre von Anfang 2012 bis Ende 2013 – die durchschnittliche Erzeugung abfließen lässt, und gleichzeitig die komplett erzeugte Leistung in den Speicher einfließen lässt, wie sie gerade kommt. Die mindestens benötigte Speicherkapazität ist dann der Abstand zwischen tiefstem und höchstem Füllstand.

Speicherbedarf zur Verstetigung von Solarstrom

Genau das habe ich einmal mit den Leistungswerten des Solarstroms simuliert – der Speicherfüllstand entspricht der gelben Linie in der Grafik unten. Man sieht hier gut, dass im Winter mehr Energie aus dem Speicher entnommen als eingefüllt wird. Der Füllstand sinkt. Im Sommer überwiegt die Solarstrom-Erzeugung und der Füllstand steigt wieder. Betrachtet man nun den Abstand zwischen niedrigstem und höchstem Füllstand, kann man ablesen, dass knapp 9 Terawattstunden Speicherkapazität gebraucht werden.

Wenn man den Verlauf des Speicherfüllstandes genauer betrachtet, fällt auch sofort auf, dass sich die Schwankungen über mehrere Monate hinziehen. Einen Speicher, der blitzartig von 0 auf 100% geladen und wieder entladen werden kann, wird schon mal nicht gebraucht. Statt dessen braucht es hier einen Speicher, der sich über 6 Monate langsam auflädt, und dann über 6 Monate genau so langsam wieder entlädt. Das merken wir uns mal für später 😉

Speicherbedarf zur Verstetigung von Windstrom

Das selbe habe ich auch für den Windstrom getan. Wieder fließt die durchschnittliche Erzeugung konstant ab, während die tatsächliche Erzeugung in den Speicher gesteckt wird, wie sie gerade kommt. Windstrom ist in der Grafik unten blau dargestellt. Für Windstrom ist der Speicherbedarf sogar noch größer, nämlich bei etwa 10 Terawattstunden. Aber Moment mal – wenn man die gelbe und die blaue Linie anschaut fällt auf, das sie sehr gut zusammen passen. Wenn der Solarspeicher leer ist, ist der Windspeicher voll. Und wenn er Windspeicher voll ist, ist der Solarspeicher leer. Erstaunlich, wie gut die beiden Energiequellen sich gegenseitig ergänzen 😉

Dream Team: Wind und Solar

Wenn sich Wind und Solar so prima ergänzen liegt es doch nahe, statt einem Speicher für jede Energiequelle lieber einen gemeinsamen Speicher zu verwenden. Das ist in der Grafik unten mit der Schwarzen Linie dargestellt. Nutzt man für Wind- und Solarstrom nur einen einzigen gemeinsamen Speicher, benötigt man plötzlich nur noch etwa 6,3 Terawattstunden.

Heute leer, morgen voll? Braucht es einen schnellen Speicher?

Wenn man die schwarze Linie verfolgt, stellt man fest, dass die Schwankungen nur sehr gering sind. Ein großer Teil der Speicherfüllung und -leerung findet über Monate hinweg statt. Genau betrachtet ist der gemeinsame Bedarf für einen Speicher aus Wind und Sonne von Januar bis November 2012 sehr gering. Bis März 2013 entleert sich der Speicher dann deutlich, um sich bis Dezember 2013 wieder kontinuierlich aufzuladen.

Wenn man sich das so anschaut stellt sich die Frage, ob hier überhaupt ein Speicher im herkömmlichen Sinne gefragt ist. Schnell reagierende Batteriespeicher oder Pumpspeicher werden hier offensichtlich gar nicht benötigt. Wenn das so ist, könnte man auch in der Periode von November 2012 bis März 2013 kontinuierlich 2 Gigawatt zuliefern, und von April 2013 bis August 2013 kontinuierlich 1 Gigawatt entnehmen. Dadurch sinkt der Bedarf an Speicherkapazität bereits auf nur noch 3 Terawattstunden, was in der folgenden Grafik visualisiert ist.

Interessant: Ein Großteil des Speicherbedarfs erübrigt sich durch das gute Zusammenspiel

Es reicht aus, einfach von November 2012 bis März 2013 mehr zu erzeugen, und von April 2013 bis August 2013 den Verbrauch zu steigern oder die Produktion insgesamt etwas zu verringern. Wie gering diese Leistungen von 1 und 2 Gigawatt sind, wird deutlich, wenn man sich bewusst macht, dass allein der Verbrauch in Deutschland täglich zwischen etwa 40 und 70 Gigawatt hin und her pendelt.

Nun bleiben also drei Terawattstunden an Speicherbedarf übrig, um Solarstrom und Windstrom genau so kontinuierlich und zuverlässig fließen zu lassen wie aus fossilen Kraftwerken. Aber drei Terawattstunden sind immer noch sehr viel! Zum Glück gibt es viele verschiedene Erzeuger und Verbraucher im Stromnetz. Und wenn diese intelligent koordiniert werden, sind auch die restlichen drei Terawattstunden gar kein Problem mehr.

Woher die drei Terawattstunden nehmen, die noch benötigt werden?

Alle deutschen Pumpspeicherkraftwerke zusammen haben etwa 0,085 Terawattstunden Speicherkapazität. Ein weiterer Ausbau dieser Kapazität ist unrealistisch, da entsprechende Flächen Fehlen und eine Umsiedlung, wie sie zum Beispiel beim Braunkohle-Tagebau praktiziert wird, nicht gewünscht ist. Pumpspeicherkraftwerke sind also zum Ausgleich solcher Energiemengen völlig ungeeignet. Also müssen andere Speicher gefunden werden.

Fälschlicherweise wird oft angenommen, dass ein Speicher an einem Punkt Energie einlagern und auslagern muss. Eben wie ein Pumpspeicherkraftwerk, das Energie aufnehmen und wieder abgeben kann. Daneben gibt es aber auch die Möglichkeit, im Systemverbund Speichereffekte durch Einsatz von Erzeugern und Verbrauchern zu erreichen, wie die folgende Grafik zeigt:

 Kombikraftwerk 2: Intelligenz statt Masse

In dem Forschungsprojekt „Kombikraftwerk 2“ haben viele Partner zusammen mit SMA untersucht, wie eine Stromversorgung aussehen kann, die nicht nur zu einem Teil, sondern vollständig aus erneuerbaren Energien besteht. Wie das genau funktioniert kann man auch in dieser Simulation schön sehen. Speicher im eigentlichen Sinne spielen hier nur eine kleine Rolle. Im Wesentlichen geht es um den intelligenten Einsatz aller Energiequellen und sogar der Verbraucher – oder kurz gesagt: Intelligenz statt Masse.

Eine sichere und stabile Stromversorgung Deutschlands aus 100% erneuerbaren Quellen ist also zukünftig technisch möglich, wenn erneuerbare Erzeugung, Speicher und Backupkraftwerke mit erneuerbarem Gas intelligent zusammenwirken.

Ein Klick auf die erklärende Grafik führt zu einer Simulation, mit der jeder sehr leicht selbst eine Stromversorgung mit 100% erneuerbaren Energien ausprobieren kann:

Außerdem zeigt dieses Video sehr schön die Funktionsweise einer Vollversorgung aus erneuerbaren Energien:

Hier noch ein aktueller Artikel zum Thema:

Größte deutsche Batterie geht ans Netz (Quelle: Umspannen)