Systemintegration erneuerbarer Energien: Mehr Flexibilität im Strommarkt durch thermische Energiespeicher

Systemintegration erneuerbarer Energien: Wind- und Solarenergie

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Die Energieversorgung in Deutschland soll klimaneutral werden und uns gleichzeitig unabhängig vom Import fossiler Brenn-, Kraft- und Heizstoffe machen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss der Ausbau von Wind- und Solarenergie mit Nachdruck vorangetrieben werden. Zusätzlich braucht es einen grundlegenden Umbau der Stromnetze, sodass die zuverlässige und wirtschaftlich effiziente Systemintegration erneuerbarer Energien gewährleistet werden kann. Flexibilität wird zum entscheidenden Faktor, um die volatilen Energiequellen erfolgreich zu integrieren. Energiespeicher können dabei unterstützen, das zeitweise auftretende Ungleichgewicht von Angebot und Nachfrage auszugleichen – und so den Energiemarkt sicherer und flexibel zu gestalten.

Herausforder­ungen durch System­integration erneuerbarer Energien

Im Jahr 2030 soll der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch in Deutschland mindestens 80 Prozent betragen – 2022 waren es etwa 46 Prozent. Klar ist: Dieser immer größer werdende Anteil erneuerbarer Energien stellt neue Herausforderungen an die Stromnetze, um weiterhin Versorgungssicherheit sowie Preisstabilität zu gewährleisten. Die Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie weist sowohl wetterbedingte als auch tages- und jahreszeitliche natürliche Schwankungen auf. Es braucht daher ein flexibles Energieversorgungssystem, das auf die volatile Angebots- und Nachfragesituation reagieren kann.

 

Denn das Problem ist nicht nur ein potenziell zu geringes Angebot an Energie aus erneuerbaren Quellen, auch eine zu geringe Nachfrage bei einer hohen Menge an produziertem Strom führt zu Problemen. So können jährlich mehrere tausend Gigawattstunden Strom nicht eingespeist werden, da das Stromnetz nicht in der Lage ist, diese aufzunehmen. Im Jahr 2021 waren es rund 5.800 Gigawattstunden Strom, was etwa drei Prozent der gesamten Stromproduktion aus erneuerbaren Energien entspricht (Quelle: Bundesnetzagentur). Die Folge: Anlagen müssen abgeschaltet werden. Die Entschädigungen, die den Betreibern dieser Anlagen zustehen, lagen im Jahr 2021 nach Schätzungen bei 807,1 Millionen Euro (Quelle: Bundesnetzagentur).

Flexibilisierung des Energiemarkts durch thermische Energiespeicher

Flexibilität ist daher zentral beim Aufbau eines Energieversorgungssystems, das mit erneuerbaren Energiequellen gespeist wird. Bei hoher Stromnachfrage und gleichzeitig geringer Produktion von Wind- oder Solarenergie braucht es neben flexiblen Erzeugern sowie Stromimporten zusätzlich flexible Verbraucher, die etwa die Energiemenge und den Zeitpunkt des Energieverbrauchs gezielt steuern können. Auch im umgekehrten Fall, einer niedrigen Stromnachfrage bei gleichzeitig hoher Produktion, ist neben Stromexporten die Möglichkeit zum flexiblen Verbrauch entscheidend. Thermische Energiespeicher wie die ThermalBattery™ von ENERGYNEST können sowohl auf Erzeuger- als auch auf Verbraucherseite dabei unterstützen, eben diese Flexibilität zu erreichenden.

Wärmespeicher bringen mehr Flexibilität: Power-to-Heat

Auch auf Unternehmensseite, vor allem in den energieintensiven Industrien, bringt der Einsatz von thermischen Speichern die dringend notwendige zusätzliche Flexibilität. Thermische Energiespeicher in Verbindung mit beispielsweise Wärmepumpen oder elektrischen Heizkesseln („Power-to-Heat-Systeme“) ermöglichen es, Gas sowie andere fossile Brennstoffe durch erneuerbaren Strom zu ersetzen und so zuverlässig die benötigte Prozesswärme zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich können Unternehmen sich durch den Einsatz von Energiespeichern vor Preisschwankungen und Marktpreisrisiken schützen, indem sie den Strom in Schwachlastzeiten günstig einkaufen und später bei Bedarf abrufen.

 

Power-to-Heat-Systeme einschließlich thermischer Speicher spielen eine wichtige Rolle als Alternative zu Erdgas, indem sie zum einen gasbefeuerte Kraftwerke als Flexibilitätsoption auf dem Strommarkt und Gasheizkessel als primäre Quelle für Prozesswärme im industriellen Sektor ersetzen. So sorgen sie nicht nur für die wichtige Flexibilität im Strommarkt, sondern auch für die Dekarbonisierung von energieintensiven Industrieprozessen. Darüber hinaus können thermische Stromerzeuger wie etwa Müllverbrennungsanlagen, Heizkraftwerke, GuD-Anlagen oder Biomasseanlagen durch den Einsatz von thermischen Energiespeichern ihre Stromerträge optimieren.

Integration erneuerbarer Energien in Versorgung von Unternehmen

Thermische Energiespeicher machen es für Unternehmen zudem möglich, eigene Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien in die Produktionsprozesse zu integrieren. So erlaubt der Einsatz der ThermalBattery™ dem belgischen Hersteller von Haftklebestoffprodukten Avery Dennison Performance Tapes, die Wärmeerzeugung für die Produktionsanlagen von Erdgas auf konzentrierte Solarthermie (CST) umzustellen. Die Möglichkeit, tagsüber überschüssige Energie zu speichern und nachts verwenden zu können, trägt so zur Dekarbonisierung der Produktion bei und macht das Unternehmen darüber hinaus unabhängig von schwankenden Strommarktpreisen und Verfügbarkeiten.

Mehr Flexibilität für die Energieversorgung in Unternehmen durch „Demand Side Management“

Das sogenannte „Demand Side Management“ (DSM) oder auch „Demand Side Response“ (DSR) kann ebenfalls zu einem flexibleren Energieversorgungssystem mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien beitragen. Unternehmen sind in der Lage, die benötigte Energiemenge sowie den Zeitpunkt, an dem sie die Energie brauchen, gezielt zu steuern. Diese Laststeuerung auf Verbraucherseite trägt dazu bei, die Stromnetze zu stabilisieren. Der Vorteil für Unternehmen: Sie können den Strom dann nutzen, wenn er kostengünstig vorhanden ist. Bei steigenden Strompreisen wiederum können sie ihre Produktion verlangsamen oder zuvor gespeicherte Energie verwenden. Thermische Energiespeicher tragen hier erneut dazu bei, die volatilen erneuerbaren Energien so effizient wie möglich nutzen zu können und gleichzeitig die Versorgungssicherheit industrieller Prozesse sicherzustellen.

Anforderungen an die Politik: Förderung von Technologien zur Flexibilisierung des Strommarktes

Um die erfolgreiche Systemintegration erneuerbarer Energien zu fördern, braucht es politische Anreize für einen flexiblen Stromverbrauch. Eine Möglichkeit wären etwa Netzentgelte, die in Zeiten von Stromüberschüssen und geringen Netzengpässen niedrig sind. In Deutschland ist das bisher noch nicht der Fall: Durch die Berechnung der Netzentgelte sind hier bisher noch Verbraucher mit konstantem Stromverbrauch im Vorteil gegenüber flexiblen Verbrauchern, die ihren Verbrauch zu bestimmten Zeiten (z.B. bei Stromüberschuss und geringer Netzbelastung) hochfahren. Auch die Förderung von Technologien zur Energiespeicherung muss in den politischen Fokus gerückt werden, da sie als Teil einer flexiblen Energieversorgung ein wichtiges Element darstellen, um die erfolgreiche Systemintegration erneuerbarer Energien voranzutreiben.

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