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Speichern, sichern, stabilisieren

Die Energiewende und die Folgen
Speichern, sichern, stabilisieren

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Die alternative Energieerzeugung hat nicht nur Vorteile: Wenn der Wind weht oder die Sonne scheint, benötigt Deutschland gerade keinen Strom. Wenn dann der Energiebedarf steigt, herrscht oft Windstille oder bedeckter Himmel. Wie lässt sich diese schwankende Energie speichern, sichern und stabilisieren?

Über eine Million Stromerzeuger befinden sich aktuell in Deutschland am Netz, von denen eine zunehmende Anzahl erneuerbare Energie einspeist. Gefragt sind besonders die Hersteller von konventionellen Energieerzeugern. Dazu zählt zum Beispiel die Hitachi Power Europe GmbH (HPE) aus Duisburg: Ihre Anlagen sorgen dafür, dass bei nicht ausreichender Einspeisung von erneuerbarer Energie (zur Zeit laut HPE immer noch weit über 95 % aller Stunden im Jahr) gesicherte Leistung zur Verfügung steht, um jederzeit die Versorgung zu sichern. Dabei gleichen die Anlagen außerdem Netzinstabilitäten aus und sichern die Energiequalität der Elektrizitätsversorgung. Roland Jeschke, Forschung und Entwicklung bei HPE nennt beispielsweise ein Retrofit mit Gasturbine (Topping). Diese Vorschaltgasturbine (VGT) nutzt den bereits gut optimierten Dampfteil des staubbefeuerten Kraftwerkes, sodass sich dank VGT-Einsatz sogar bei älteren Kraftwerken ein Wirkungsgrad von bis zu 60 %bezogen auf den Anteil der Erzeugung aus Gas erreichen lässt.

Zum Speichern der Energie hat sich Wasserkraft bewährt. Die Voith Hydro Holding GmbH & Co. KG aus Heidenheim, seit 140 Jahren mit Lösungen rund um die Wasserkraft einer der Vorreiter in Sachen erneuerbare Energie, bietet die gesamte elektromechanische Ausrüstung für die dazu nötigen Pumpspeicherkraftwerke an. „Wir brauchen sie als riesige ‚Batterien‘, die den aus Wind und Sonne erzeugten Strom speichern und bei Bedarf rasch ins Netz einspeisen können“, betont Ralf Grether, Leiter Produktmanagement. Moderne Anlagen fahren ihre Turbinen innerhalb von rund 70 s von Stillstand auf Vollleistung hoch. Allerdings müsse die Politik in Deutschland die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für den Betrieb verbessern: Im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken werden Pumpspeicher laut Grether mit Blick auf die Vergütung der Speicherleistung nicht ausreichend berücksichtigt.
Finanzielle Anreize gefordert
Aufgrund der langen Planungs- und Genehmigungszeiten sollte daher der Speicherausbau zügig vorangetrieben werden. Grether: „Gleichzeitig zeigen Berechnungen, dass bei fortschreitendem Ausbau der erneuerbaren Energien bereits im Jahre 2020 ausreichende Speicherkapazitäten fehlen. Um den Betreibern die notwendige Investitionssicherheit zu bieten, muss die Politik die finanziellen Anreize in der Vergütungsstruktur überdenken und anpassen.“ Das vorrangige Recht zur Einspeisung, das Wind- und Solaranlagen haben, erlaube es den Pumpspeicherkraftwerken nämlich unter den gegebenen Rahmenbedingungen nicht, eine vernünftige Wirtschaftlichkeit zu erreichen, wenn Leistungen wie die Speicherung von Energie und andere Netzdienste nicht honoriert werden.
Um erneuerbare Energie kümmert sich auch die GE Wind Energy GmbH aus Salzbergen, ein Unternehmensbereich der GE Energy Germany GmbH. „Die Energiewende sehe ich als eine gute Gelegenheit an, die Transformation des Systems zu mehr erneuerbaren Energien zu beschleunigen“, sagt Stephan Wachtel, Chefingenieur im Bereich Energieberatung. „Ich wünsche mir allerdings von der Politik klare, langfristige Rahmenrichtlinien und Marktbedingungen, die für die notwendige Investitions- und Planungssicherheit sorgen. Basierend auf dem zukünftigen technischen Systemkonzept benötigen wir klare Netzanschlussrichtlinien. Hier besteht erheblicher Handlungsbedarf.“ Bei den Kraftwerkstechnologien geht der Konzern die Wende zweistufig an: mit einem Wandel weg von unflexiblen Anlagen hin zu hochflexiblen Kraftwerken im gesamten Leistungsspektrum sowie mit dem forcierten Engagement bei Anlagen für erneuerbare Energie. Bei der Windenergie stehe die Entwicklung von Anlagen im Vordergrund, die sich wirtschaftlich optimal ins vorhandene Netz und die vorhandene Infrastruktur integrieren lassen. Als Beispiel nannte er die neue 2,5-MW-Anlage mit einem Rotordurchmesser von 120 m und einer Windturbine, die sich speziell für den Betrieb im Binnenland eignet. GE setzt bei der Turmkonstruktion auf eine Stahl-Beton-Bauweise, bei der die einzelnen Segmente erst auf der Baustelle zusammengesetzt werden. Das erleichtert den Transport.
Nach diesem Prinzip können sehr hohe Türme entstehen, mit denen sich laut Wachtel nun auch in der Mitte und im Süden Deutschlands Anlagen aufstellen lassen, die sich durch hohe Effizienz auszeichnen. In der Entwicklung befinden sich Energiespeicher, die sich in Turbinen integrieren lassen, um Schwankungen der Energieerzeugung kurzzeitig auszugleichen. „Wir wollen mit der Integration dieser Speicher erreichen, dass sich die Prognosegenauigkeit für den Kurzzeitbereich deutlich erhöht“, sagt Wachtel. „Damit lassen sich der Bedarf an ausgleichender Regelenergie verringern und weitere Netzdienstleistungen erbringen.“
Flexible Energieerzeugung mit Gasmotoren
Für einen Ausgleich der schwankenden Energieerzeugung der alternativen Systeme biete sich außer der bewährten Kombination aus Gas- und Dampfturbinen (GuD) auch Gasmotoren an, die sich zu größeren Anlagen zusammenschalten lassen. Mit diesen Aggregaten lässt sich eine sehr flexible Form der Stromerzeugung fahren. Für diese Motoren – eine Spezialität der GE Jenbacher GmbH & Co OHG aus Jenbach, Österreich – spricht, dass sie auch mit exotischen Gasen wie Bio-, Gruben- und Stahlgas arbeiten schwankende Methanzahlen verkraften.
Eine Vielzahl an Energielösungen mit Diesel- und Gassystemen produziert die Tognum AG aus Friedrichshafen in der Geschäftseinheit „MTU Onsite Energy“, die Dr. Rainer Hönig leitet. Für die Stromerzeugung auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen bietet das Unternehmen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen für den Brennstoff Biogas an. Zum Steigern der Energieeffizienz eignen sich laut Tognum Gasturbinen mit Wärmenutzungskonzepten ebenso wie Gas-Blockheizkraftwerke auf Erdgasbasis. Die Schwankungen erneuerbarer Energie können mit diesen Anlagen laut Tognum gut ausgeglichen werden. Zudem kommen Motorenanlagen auf der ganzen Welt als Notstromaggregate zum Einsatz.
In den Energiesystemen kommen unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz. Dr. Hönig: „Das breite Spektrum der nutzbaren Brennstoffe eröffnet viele Anwendungsgebiete. So werden die Energieanlagen unter anderem in Krankenhäusern, Rechenzentren, Wohngebäuden, Deponien oder in der Landwirtschaft eingesetzt.“ In allen Anwendungen liefern die Aggregate wichtige Systemdienstleistungen für die Stabilität des Stromnetzes.
Deutschland bezeichnet Andreas Nenning, Produktmanager bei der Bachmann electronic GmbH in Feldkirch, Österreich, als die treibende Kraft in Sachen Energiewandel. Der Hersteller von kompletten Systemlösungen der Automatisierungstechnik hat darauf reagiert und sein Produktprogramm erweitert. „Wir sind mit unseren Speicherprogrammierbaren Steuerungssystemen, den sogenannten SPS-Systemen, unter anderem in Windkraftanlagen und Blockheizkraftwerken gut aufgestellt“, sagt Nenning. „Dort fahren wir die Strategie, Kosten durch Integration zu senken.“ Dazu hat Bachmann Komponenten, die bisher als „Solisten“ gearbeitet haben, in die SPS integriert.
Nikolaus Fecht, Fachjournalist in Gelsenkirchen
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