Mit großen Stromspeichern ließe sich eines der Kernprobleme der Energiewende lösen. Neben Pumpspeichern und Wasserstoff stehen dabei vor allem Batteriespeicher in Form von Lithium-Ionen-Akkus im Fokus.
Der Nobelpreis für Chemie 2019, dotiert mit neun Millionen schwedischen Kronen (rund 850,000 Euro), ging im Oktober an den US-Forscher John Goodenough, den Briten Stanley Whittingham und den Japaner Akira Yoshino. Gewürdigt wurde die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie, 28 Jahre nachdem die erste kommerziell nutzbare Batterie dieser Art auf den Markt kam. Gut Ding braucht Weile - oder den richtigen Zeitgeist, wie das Statement des Nobelpreis-Komitees durchklingen lässt: „Durch ihre Arbeit haben die Wissenschaftler die Voraussetzungen für eine von fossilen Brennstoffen freie Gesellschaft geschaffen und damit den größten Nutzen für die Menschheit gebracht.“
Speicher im großen Stil
Die Dekarbonisierung wirtschaftlicher Aktivitäten und insbesondere des Energiesystems stellt im 21. Jahrhundert unbestritten eine der größten Herausforderungen für die weltweite Staatengemeinschaft dar. In Österreich postuliert die Klima- und Energiestrategie in diesem Sinne u. a. das Ziel, das Land bis zum Jahr 2030 bilanziell zu 100 Prozent mit erneuerbarem Strom zu versorgen. Den größten Beitrag leisten hierzulande aktuell die heimischen Wasserkraftwerke. Künftig sollen auch die Möglichkeiten von Solar- und Windkraftanlagen ausgeschöpft werden, was zugleich die Anforderungen an das Energie-Systemmanagement erhöht.
Denn je schwankender im Tages- und Jahresverlauf die Stromerzeugung ist, umso schwieriger fällt es, das notwendige Gleichgewicht zwischen Einspeisung ins Netz und Entnahme, also zwischen Angebot und Nachfrage, herzustellen. Erzeugungsüberschüsse aus Grünstrom-Anlagen müssen in großem Stil gespeichert werden können, um deren kostenineffiziente Abregelung ebenso zu vermeiden wie das Anschalten von fossilen Reservekraftwerken in Engpasszeiten. Unter Experten herrscht Einigkeit: Energie- und Stromspeicher sind für die erwünschte Energiewende unverzichtbar, sei es für die Flexibilitätsbereitstellung, für die Integration der Erneuerbaren, für die Netzentwicklung oder für die Kapazitätsplanung bei der Erzeugung.
Hype um die Batterie
Die technischen Möglichkeiten sind grundsätzlich vorhanden. Vor allem für die Stabilität des Übertragungsnetzes leisten aktuell großvolumige Pumpspeicher den entscheidenden Beitrag. Dabei wird überschüssiger Strom genutzt, um Wasser aus einem Tal in einen Stausee zu pumpen. Wird Strom gebraucht, wird das Wasser abgelassen, treibt dabei Turbinen an und produziert via Generatoren wieder Strom. Zu den großen heimischen Anbietern mit überregionaler Bedeutung gehört Verbund. Beim Energiekonzern setzt man aber auch zunehmend auf die Entwicklung neuer Speichermedien wie etwa auf CO2-neutral hergestellten „grünen“ Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen.
»Unter Experten herrscht Einigkeit: Energie- und Stromspeicher sind für die erwünschte Energiewende unverzichtbar.«
Nicht zuletzt investiert Österreichs führender Stromanbieter in eine Technologie, die – getrieben von der rasanten Entwicklung im Bereich der E-Mobilität und der zugehörigen Hochleistungs-Ladeinfrastruktur – aktuell einen regelrechten Hype erlebt. Die Rede ist von lokalen Batteriespeichern, die von der Erzeugung zur Übertragung bis hin zum Energieverbrauch einen wichtigen Beitrag zum reibungslosen Funktionieren des Gesamtsystems leisten. Realisiert werden Innovationsprojekte, um Lösungen für Kunden, das Stromnetz sowie die Optimierung des eigenen Kraftwerksbetriebs bereitzustellen.
Hilfe beim ultraschnellen Laden
„Batteriespeicher in Form von Lithium-Ionen-Akkus eignen sich besonders, um Speicherzeiten von bis zu vier Stunden zu überbrücken. Für die Energiezukunft stellen sie somit eine wichtige Ergänzung zu anderen Speichertechnologien wie Pumpspeicher oder Wasserstoff dar“, erklärt Karl Potz, zuständig für innovative Batterielösungen bei Verbund. Die Vorteile von Lithium-Ionen-Speichern – lange Lebenszeit von in der Regel 15 Jahren, rasche Leistungsbereitstellung, schnelle Ladungen und geringer Wartungsaufwand – nutzt der Energiekonzern etwa, um Industriekunden die Planung, Finanzierung, Errichtung und/oder den Betrieb von bedarfsgerechten Batteriespeichern anzubieten. Die Lösungen für mehr Flexibilität und Sicherheit in der Produktion, geringere Energie- und Betriebskosten und mehr Netzstabilität sind vor allem für energieintensive Branchen wie Metall-, Halbleiter- oder Glasindustrie interessant.
Eine Schlüsselrolle für die Energiezukunft sollen die Batteriespeicher aber vor allem im Transportsektor übernehmen. Bei Verbund stehen sie zum Beispiel im Zentrum des Sektorkopplungs-Projekts SYNERG-E, bei dem Lithium-Ionen-Batterien an Hochleistungs-Landestandorten für Elektroautos installiert werden. Die Idee dahinter: Beim Ultra-Schnellladen wird in kurzer Zeit viel Leistung und Energie benötigt, was das Stromnetz belastet und hohe Kosten mit sich bringt.
»Hilfestellung kommt ab Jänner 2020 in Form der „Blue Battery“, einem Großbatteriespeicher, der in das Kraftwerk integriert wird. Vordergründiges Ziel der Kombination aus Speichersystem und Wasserkraftwerk ist es, die Verstellbewegungen zu reduzieren und den Verschleiß an der Turbine klein zu halten. «
Lokale Pufferspeicher zur Glättung kurzfristiger Lastspitzen sollen dieses Problem lösen. Die lokalen Batteriespeicher im Projekt werden auch für netzdienliche Services zur Verfügung gestellt und bilden damit eine zusätzliche Einnahmequelle. „Wir bieten somit einen Lösungsansatz, der sowohl dem Transport- als auch dem Energiesektor zugutekommt“, so Potz. Nach ausführlichen Tests am steirischen Standort Mellach hat das Verbund-Team bereits die ersten drei Batteriespeicher umgesetzt.
„Blue“ wie die Wasserkraft
Was Großbatteriespeicher künftig im Kraftwerksbetrieb leisten können, ist wiederum Thema des Innovationsprojekts „Blue Battery“ am Standort des Verbund Wasserkraftwerks Wallsee-Mitterkirchen. Die Ausgangslage: Das Donau-Laufkraftwerk an der Grenze zwischen Nieder- und Oberösterreich wird - so wie Wasserkraftwerke im Allgemeinen – dafür eingesetzt, ein kurzfristiges Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage im Stromnetz auszugleichen. Diese Netzdienstleistung in Form der sogenannten Primärregelenergie muss innerhalb von 30 Sekunden erfolgen, was zu jedem Anlass das Verstellen der Laufradschaufeln notwendig macht. Durch die permanent anfallenden Verstellbewegungen der Kaplanturbinen werden die mechanischen Teile stark beansprucht. Das führt zu schnellerem Verschleiß an der Turbine oder den dazugehörigen Stellwerken und im schlimmsten Fall zu monatelangen, höchst kostspieligen Maschinen-Stillstandzeiten.
Hilfestellung kommt ab Jänner 2020 in Form der „Blue Battery“, einem Großbatteriespeicher, der in das Kraftwerk integriert wird. Vordergründiges Ziel der Kombination aus Speichersystem und Wasserkraftwerk ist es, die Verstellbewegungen zu reduzieren und den Verschleiß an der Turbine klein zu halten. Aus der Erhöhung der Lebensdauer der Maschinen folgt ein Effizienzgewinn beim Kraftwerksbetrieb. Die erwarteten 16 Megawatt Leistung (der neuen integrierten Batterie plus Turbinen), die künftig am Primärenergieregelmarkt angeboten werden können, um Frequenzschwankungen binnen Sekunden auszugleichen, wären ein wesentlicher Beitrag zum Erhalt eines sicheren und stabilen Stromnetzes.
Von den Dimensionen der in ihrer Größe österreichweit einzigartigen „Blue Battery“ – verbaut werden 60.500 Lithium-Ionen-Batteriezellen – hätten die Nobelpreisträger für Chemie bei der Entwicklung der Technologie übrigens wohl nicht zu träumen gewagt. Mit 8 Megawatt entspricht die Leistung von „Blue Battery“ rund dem Millionenfachen des ersten markttauglichen Lithium-Ionen-Akkus (8,64 Watt) aus dem Jahre 1991.
In Kürze
Das Jahr 2018 kann mit einem fast 150-prozentigen Wachstum der globalen Nachfrage (Info vom Branchendienst Wood Mackenzie Power & Renewables) als Marktdurchbruch von Batteriespeichern gesehen werden.
Im Verbund-Projekt SYNERG-E werden je zehn lokale Batteriespeicher (Lithium-Ionen-Batterien in der Größe von je 250-500 Kilowatt) an Hochleistungs-Ladestandorten für Elektroautos installiert.
