Studie: Ökobilanzieller Vergleich der Primärregelung durch stationäre Großbatteriespeicher und Kohlekraftwerke

Gastautor Portrait

Jan Christian Koj

Forschungszentrum Jülich
01. Juli 2015
Großbatteriespeicher, Ökobilanz, Speicher

Der Einsatz von stationären Großbatteriespeichern gewinnt für die Transformation des Energiesystems zunehmend an Bedeutung. Diese Batteriespeicher können das Stromnetz schnell und präzise stabilisieren. Dass sie im Vergleich mit Steinkohlekraftwerken auch ökologische Vorteile haben, zeigt eine von uns im Institut für Energie- und Klimaforschung – Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEK-STE) am Forschungszentrum Jülich durchgeführte Studie. Unterstützt wurden wir dabei vom Berliner Batteriespeicherexperten Younicos.

Großbatteriespeicher sind aufgrund ihrer technischen Eigenschaften besonders dafür geeignet, die sogenannte Primärregelleistung bereitzustellen. Diese sorgt dafür, dass ein Ungleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -verbrauch innerhalb weniger Sekunden automatisch geregelt und damit das Stromnetz stabilisiert wird. Bislang erbringen vorwiegend thermische Kraftwerke diese Leistung, oftmals in Kombination mit weiteren Netzdienstleistungen.

34_WEMAG_Luftbild-Batteriespeicher

Eine Vielzahl an Untersuchungen hat sich bereits mit der Wirtschaftlichkeit und den technischen Umsetzungsmöglichkeiten der Regelleistungserbringung auseinandergesetzt. Unsere Studie betrachtet das Themenfeld der Primärregelleistung erstmals in Form einer Ökobilanz (Lebenszyklusanalyse). Um eine vielschichtige Bewertung von stationären Großbatteriespeichern und unterschiedlichen Steinkohlekraftwerken zu ermöglichen, wurden die Systeme in verschiedenen Einsatzbereichen verglichen. Vor dem Hintergrund des starken Ausbaus erneuerbarer Energien bestand eine zentrale Forschungsfrage der Studie darin, ob fossile Kraftwerkskapazität durch den Einsatz von Großbatteriespeichern ersetzt werden kann.

Zur Beantwortung dieser Frage wurden sogenannte Must-run Kapazitäten und Residuallasten analysiert. Must-run Kapazitäten geben an, wieviel regelbare Kraftwerke zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit dauerhaft am Stromnetz sein müssen. Dieses Must-run bedingt zwangsläufig Umweltwirkungen durch die Verbrennung fossiler Energieträger.

Younicos, Großbatteriespeicher, Energiewende
Beide Bilder: Younicos

Batteriekraftwerke hingegen werden mit Strom betrieben, wodurch die Umweltwirkungen des Batteriebetriebs mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien am Strommix zukünftig weiter sinken werden. Die zweite wesentliche Kalkulationsgrundlage, die Residuallast, ist die Differenz zwischen der Last des Stromnetzes und der Erzeugung aus fluktuierenden erneuerbaren Energien. Sie beschreibt also die von regelbaren Kraftwerken zu deckende Restnachfrage. Aufbauend auf einer Residuallastanalyse wurden diejenige Must-run Elektrizitätserzeugung ermittelt, die explizit der Primärregelleistungserbringung zuzuordnen ist, und anschließend deren Umweltwirkungen bestimmt.

In dieser Studie wurde für die Kohlekraftwerke und Großbatteriespeicher eine Betriebsphase von 20 Jahren (2015-2034) betrachtet. Aufgrund mehrerer denkbarer Konstellationen der Netzdienstleistungserbringung wurden vier Szenarien unterschieden. Es wurde die ausschließliche Erbringung von Primärregelleistung und die Kombination mit verschiedenen weiteren Netzdienstleistungen betrachtet. Ergänzend analysierte ein Szenario unter- und überlastfähige Kohlekraftwerke ohne Lasteinschränkung für die Primärregelleistungsbereitstellung. In den meisten Betriebsszenarien ergeben sich ökologische Vorteile für die Großbatteriespeicher, besonders in puncto Treibhauseffekt. Steinkohlekraftwerke haben lediglich in einem Fall ökologische Vorteile – unter der Annahme, dass sie kurzfristig über- und unterlastfähig sind und alle Netzdienstleistungen erbringen sowie einen minimalen Wirkungsgradverlust aufweisen.

Für die Studie kamen die Daten zum Großbatteriespeicher aus Schwerin: Dort errichtete die Firma Younicos mit der Fünf-Megawatt-Lithium-Ionen-Anlage Europas ersten kommerziellen Großbatteriespeicher. Betreiber ist der Energieversorger WEMAG.

Die Originalveröffentlichung (Koj, Jan Christian, Stenzel, Peter, Schreiber, Andrea, Hennings, Wilfried, Zapp, Petra, Wrede, Gunnar, Hahndorf, Ina: Life Cycle Assessment of primary control provision by battery storage systems and fossil power plants. STE-Preprint 03/2015) steht hier zum Download bereit. Sie entstand am Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEK-STE).

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