23.03.2020 - Basiswissen Energiewende - Energiespeicher (5)
Das Fazit der letzten Analyse [1] bedeutet, dass Pumpspeicherwerke als Energiespeicher nicht infrage kommen, da wegen der Geographie Deutschlands nicht genug Anlagen gebaut werden können.
Ausschließlich mit der "Power-to-X"-Technologie, die aus Wasser die Gase Wasserstoff und Methan (Erdgas) erzeugt, können die notwendigen Kapazitäten erreicht werden.
Und dies ist bereits heute der Fall [3][4]! Der große Nachteil ist allerdings der sehr schlechte Wirkungsgrad (30% - 38% [2]).
Ein Energiespeicher umfasst nicht nur den reinen "Vorratsbehälter" (siehe Sparschwein von Teil 1), sondern
auch die Technik für die Wandlungsprozesse. Bei der Entnahme aus dem "Vorratsbehälter" braucht man Gaskraftwerke, die teilweise bereits zur Verfügung stehen.
Für die Einspeisung der Energie in den Speicher benötigt man sogenannte Elektrolyseure,
deren Technik eher Probleme bereitet. Vor allem gibt es davon nur sehr wenige Anlagen in Deutschland.
Ein weiteres Ergebnis der letzten Analyse [1] war die durchschnittliche Leistung von 13,3 GW, die dem Netz permanent zur Verfügung stehen würde.
Produzieren Sonne und Wind mehr als diesen Durchschnittswert besteht ein Überangebot von Energie und die Elektrolyseure müssen aktiv werden.
Bei einer Unterschreitung arbeiten die Gaskraftwerke und gleichen die fehlende Menge an Energie aus. Gaskraftwerke und Elektrolyseure arbeiten nie gleichzeitig,
sondern wechseln sich ab, um den Durchschnittswert von 13,3 GW immer auszubalancieren.
Ziel dieser Analyse ist es, die notwendige Menge von Gaskraftwerken und Elektrolyseure zu berechnen.
Gaskraftwerke
An 406 Stunden (entspricht 17 Tagen) erbringen Sonne und Wind eine Leistung im Bereich von 12,06 GW - 13,3 GW.
Das ist geringfügig schlechter als der Durchschnittswert.
In diesem Fall müssen die Gaskraftwerke nur die Leistung von bis zu 1,24 GW liefern, um die Differenz auszugleichen (siehe blaue Tabellenzeile).
Die größte Leistung von bis zu 12,4 GW muß nur während 85 Stunden geliefert werden (siehe orange Tabellenzeile).
Dies bedeutet aber, dass in diesem Moment Sonne und Wind fast keine Energie liefern!
In Summe müssten Gaskraftwerke an 3537 Stunden eines Jahres (= 8760h) aktiv werden.
Hier die vollständige Auflistung der Leistungen der Gaskraftwerke und deren zeitliche Dauer:
| prozentuale Verteilung | Leistung [GW] | Anzahl Stunden |
|---|
| 0% - 10% | 0 - 1,24 | 406 |
| 10% - 20% | 1,24 - 2,48 | 387 |
| 20% - 30% | 2,48 - 3,72 | 408 |
| 30% - 40% | 3,72 - 4,96 | 418 |
| 40% - 50% | 4,96 - 6,20 | 414 |
| 50% - 60% | 6,20 - 7,44 | 377 |
| 60% - 70% | 7,44 - 8,68 | 393 |
| 70% - 80% | 8,68 - 9,92 | 375 |
| 80% - 90% | 9,92 - 11,16 | 274 |
| 90% - 100% | 11,16 - 12,40 | 85 |
| | Summe: 3537 |
Elektrolyseure
Die meiste Energie lieferten die Sonne und der Wind am 21.6.2018 um 13 Uhr mit einem Betrag von ca. 53 GW.
Berücksichtigt man den Durchschnittswert von 13,3 GW, müßten Elektrolyseure mit einer Leistung von ca. 40 GW arbeiten,
um die überschüssige Energie komplett zu nutzen (siehe orange Tabellenzeile). Dieser Extremfall tritt aber nur an 10 Stunden im Jahr auf.
Aus wirtschaftlichen Gründen ist es daher sinnvoll, die Kapazitäten der Elektrolyse-Anlagen auf ein sinnvolles Maß zu beschränken.
Könnten die Elektrolyseure nur maximal 20 GW leisten - also die Hälfte -
würden an 759 Stunden (Summe der gelben und orangen Tabellenzeilen) die Anlagen im Volllastbetrieb arbeiten.
Die überschüssige Energie könnte aber nicht komplett verwertet werden.
Als Folge würden im Energiespeicher 3821 GWh fehlen.
Die Tabelle zeigt, dass an 5223 Stunden eines Jahres Bedarf an Elektrolyseuren besteht.
Hier die vollständige Auflistung der Leistungen der Elektrolyseure und deren zeitliche Dauer:
| prozentuale Verteilung | Leistung [GW] | Anzahl Stunden |
|---|
| 0% - 10% | 0 - 4,07 | 1234 |
| 10% - 20% | 4,07 - 8,14 | 977 |
| 20% - 30% | 8,14 - 12,20 | 895 |
| 30% - 40% | 12,20 - 16,27 | 818 |
| 40% - 50% | 16,27 - 20,34 | 540 |
| 50% - 60% | 20,34 - 24,41 | 385 |
| 60% - 70% | 24,41 - 28,48 | 208 |
| 70% - 80% | 28,48 - 32,54 | 119 |
| 80% - 90% | 32,54 - 36,61 | 37 |
| 90% - 100% | 36,61 - 40,68 | 10 |
| | Summe: 5223 |
Fazit
In Deutschland gibt es bereits jetzt Gaskraftwerke mit einer Gesamtleistung von fast 30 GW [5][6].
Diese mit "grünem" Gas zu betreiben, statt Erdgas vom Ausland zu verwenden, ist "nur" eine wirtschaftliche Frage.
Die installierte Kapazität bei Elektrolyse-Anlagen kann als "nicht vorhanden" beschrieben werden.
Sie beträgt lediglich 0,026 GW [7].
Laut einer Studie des Fraunhofer-Institutes [8] soll die Kapazität im Jahr 2030 auf 11 GW anwachsen und erst im Jahr 2050 zwischen 50 GW und 120 GW liegen.
Da sollte die installierte Leistung von Windkraftwerken und PV-Anlagen aber schon beim sechsfachen vom heutigen Wert liegen.
Man sieht deutlich, dass der Aufbau von Elektrolyse-Anlagen sehr spät erfolgt.
Es ist absehbar, dass die Kapazitäten im Jahr 2050 NICHT ausreichen werden.
Fortsetzung folgt ...
Reiner Pracht