Energiespeicher länger laden

Wie oft braucht man Energiespeicher?

Neben der Frage nach dem Bedarf an Speicherkapazität muss man auch die Frage nach der Häufigkeit stellen, mit der Energiespeicher genutzt werden. 

Typische Lade- und Entladezyklen für einen Speicher der von Windkraftwerken versorgt wird (Quelle: DWS)

Dies liegt daran, dass jeder Energiespeicher gewisse Investitionen erfordert und ein selten genutzter Speicher am Energiemarkt nur selten Geld verdienen kann.

Die Deutsche Bank hat diese Frage untersucht, da es für eine Bank natürlich sehr interessant ist, zu wissen, welche Investition sich rechnet.

Wie oft werden Speicher benötigt, eine Analyse der DWS-Investments (Deutschen Bank)

Ausgegangen wurde von 80GW über Deutschland verteilte Windleistung, die im Mittel 25GW Strom produziert. Das Wetter aus den Jahren 2005-2009 liefert die Wind-Daten. Jetzt gibt es zwei Fälle, entweder wird mehr Strom produziert, als benötigt, dann kann man speichern oder es gibt zu wenig Strom, dann kann man die Energie aus den Energiespeichern abrufen.

Es zeigt sich, dass der häufigste Fall bei kurzen Zeiten, sechs Stunden, liegt. Etwa einhundert mal gibt es einen Überschuss und fast genau so oft, 90 mal einen Mangel, in dem der Speicher Energie abgibt. Besitzt man also einen Speicher, der für sechs Stunden den Strom aufnehmen kann, hat man im Lauf des Jahres 100 Speicherzyklen. Dies entspricht recht genau der Arbeitsweise heutiger Pumpspeicherkraftwerke.

Längere Speicherzyklen

Es gibt auch längere Zyklen, ein Speicher der 24 Stunden Vorrat aufnehmen kann, kann zusätzlich 210 mal Energie abgeben, und wie man der Grafik entnimmt, gibt es sogar 40 Fälle, in denen mehr als vier Tage lang Strom abgegeben werden könnte. Eine derart lange Zeit kann kein Batteriespeicher überbrücken, jedoch ein Speicher, der auf einer sehr günstigen Speicherkapazität beruht, wie der Lageenergiespeicher, kann diese langen Zyklen bedienen. 

Smart Grid hilft nur manchmal

Eine verbreitete Idee ist, dass man bei Strommangel einfach Last "abwirft", Stromverbraucher ferngesteuert abschalten kann. Dies hilft nicht in allen Fällen, da die meisten Geräte nicht wesentlich mehr als vier Stunden Abschaltung vertragen, danach taut etwa das Kühlfach oder die Waschmaschine wird wieder benötigt. Auch die Aluminiumproduktion kann nicht mehr als vier Stunden heruntergefahren werden, sonst erstarrt die Schmelze endgültig. Wie man aber dem Diagramm entnimmt, gibt es viele Situationen, in denen mehr als 6 Stunden Überbrückung erforderlich sind.

Eine andere Ansicht des Speicherproblems erhält man mit der Jahresdauerkennlinie der ein weiterer Blogbeitrag gewidmet ist.

Das Märchen vom Smart Grid

Wenn wir heute kochen, waschen, bügeln, computern, telefonieren, Licht anschalten, dann achten wir nicht auf den aktuellen Strompreis. Es gibt aber die Überlegung, dass man die Verbraucher davon Überzeugt, bestimmte elektrische Geräte nur dann einzuschalten, wenn gerade genügend Strom auf dem Markt ist. Etwa, wenn gerade die Sonne scheint oder der Wind kräftig weht.
Da es nun reichlich unpraktisch ist, den Strompreis ständig im Blick zu haben, hat man etwas neues erfunden das "Smart Grid"
Smart Grid 
Mit einem Computer am Stromzähler wird der aktuelle Strompreis ermittelt und im Haus werden alle Geräte, die smart sind, ein oder ausgeschaltet, je nach Situation. Es ist natürlich klar, dass man schlecht einfach das Licht ausschalten kann, wenn jemand gerade die Treppe herunter läuft. Daher werden nur einige bestimmte Geräte smart. Das ist zunächst mal der Kühlschrank, der hatte ja schon bisher ein Eigenleben. Immer wenn es gerade still ist, schaltet er ein. In Zukunft eben, wenn gerade Strom da ist.
Ein weiteres Gerät ist die Waschmaschine und die Spülmaschine. Die laufen erst los, wenn der Strom günstig ist, etwa tief in der Nacht, wenn der Wind weht und niemand arbeitet. Allerdings ist unklar, ob in einer Mietwohnung alle Nachbarn das so gut finden.
Einige weitere Geräte wie die aufzustellende Wärmepumpe oder das e-Auto könnten zukünftig auch aktive Teilnehmer am Strommarkt werden.
Das Märchen
Es war einmal vor langer Zeit, da haben Kühlschränke viel Energie verbraucht. Da wäre es sicher schlau gewesen, diese entsprechend optimiert zu steuern. Weiterhin lohnt es, einen Blick auf die Stromrechnung zu werfen. Hat ein Haushalt 1000 Euro im Jahr für den Strom bezahlt, dann waren davon Steuern, Abgaben, Grundgebühr und so weiter, etwa 700 Euro. Verbleiben 300 Euro, die man optimieren könnte. laut einer optimistischen Studie [1] kann man mit einem Smart Grid etwa 18 Euro im Jahr einsparen. Das ist schön, allerdings hat diese Einsparung, wie viele ähnliche Einsparungen einen Haken, man muss erstmal investieren. Und pro Haushalt rechnet man mit etwa 1000 Euro, es muss ja ein entsprechender Computer in den Schaltkasten, eine Internetverbindung für die aktuellen Strompreise muss eingerichtet werden, die Geräte wie Waschmaschine benötigen einen entsprechenden Zusatz. Und das alles vom Elektromeister mit seinem noblen Stundenlohn eingerichtet kostet eben.
Kleinvieh macht auch Mist
Jetzt werden viele sagen, ja aber sehr viele Haushalte zusammen ergeben einen richtig großen Effekt! Bei 30 Millionen Haushalten liegt die Einsparung bei der Maximalleistung bei etwa 5 GW [2]. Achtung, hier wird nicht Strom eingespart, sondern nur zu einer anderen Zeit verbraucht. Fünf Gigawatt sind weniger als 10% des Strombedarfs. Hier stellt sich sofort die Frage, ob es nicht günstiger wäre, einige weitere Windkraftwerke aufzubauen, oder noch besser, Strom-Speicher einzusetzen.
Fazit
Soweit ich die Effekte von Smart Grid verstehe, sind sie eher gering, Das Smart Grid mit seinen vielen Systemkomponenten ist aber eine interessante Möglichkeit, den Endverbraucher Geräte zu verkaufen, die möglicherweise vom Staat subventioniert werden. man sollte also vorsichtig sein, wenn man hofft, das Smart Grid könnte ein grundlegendes Problem der erneuerbaren Energien lösen.

Weitere Blogbeiträge:

• Zukünftiger Speicherbedarf mit Crowdsourcing ermittelt
• Stromsteuer oder Strom steuern

Quellen: 
[1] Droste-Franke, Bert, Balancing Renewable Electricity: Energy Storage, Demand Side Management, and Network Extension from an Interdisciplinary Perspective (Ethics of Science and Technology Assessment), Seite 107, Verlag: Springer 2012, ISBN: 3642251560
[2] Droste-Franke, Bert, aaO. Seite 105