Stromleitungen als Energiespeicher?

Stromleitungen als Energiespeicher?

Stromleitungen erscheinen auf dem ersten Blick nicht als Energiespeicher. Physikalisch speichern sie zwar aufgrund der Maxwellschen-Gesetze den Strom für einige Millisekunden, aber das ist hier nicht von Interesse.

Stromleitungen reduzieren den Speicherbedarf

Leitungen transportieren und Speicher speichern, so möchte man meinen. Die Sache ist aber etwas komplexer. Das liegt daran, dass bei der Erzeugung von Strom der Zeitpunkt des Verbrauchs und der Zeitpunkt der Erzeugung nicht nur von der Zeit sondern auch vom Ort abhängt. Ein einfaches Beispiel soll das zeigen: Ich koche gerne um 11:30 mein Mittagessen und mein Nachbar kocht es erst um 12:00 und etwas weiter gibt es jemanden der erst um 13:00 mit dem Elektroherd zu kochen beginnt.

Will jeder autark leben, dann hat jeder eine kleine Photovoltaikanlage (1kW) und speichert die Energie in einer Batterie. Wenn jeder zu kochen anfängt, dann holt er aus der Batterie den Strom und mit dem erwärmen der Kochplatten (3kW) leert sich die Batterie.

In unserem zweitem Modell legen wir jetzt Leitungen. Alle Drei haben jetzt ihre Häuser mit Leitungen verbunden. Da die drei Photovoltaikanlagen jetzt verbunden sind, genügt der Strom aus den drei Anlagen jeweils vollständig aus, um jedem Koch seine benötigten 3kW Strom zu liefern. Einen sonnigen Tag mal vorausgesetzt. 

Vorteil von Fernleitungen

Die kleine Geschichte mit den drei Köchen hat aber ein Problem, wenn nämlich nirgends die Sonne scheint, so muss jeder doch wieder seinen Strom speichern. Besser ist es wenn man die Leitungen bis an einen Ort legt, an dem die Sonne scheint, und das Wetter ist oft bereits in hundert Kilometer anders als hier.

Typische Wolkenverteilung in Mitteleuropa (Satellitenbild: EUMETSAT)

Mit den Fernleitungen kann man daher die Speicherkapazität erheblich reduzieren. Bei vollständig lokalem vorgehen, jeder hat Photovoltaik auf dem Dach, will aber keine Stromleitung, müsste man Speicher für fast sechs Monate anlegen, damit man auch im Winter Strom hat. 

Windenergie einbinden

Eine weitere Möglichkeit, den Speicherbedarf zu reduzieren besteht im Energiemix, wenn man neben Solarenergie auch Windenergie nutzt, bekommt man insbesondere im Winter viel Strom. Da der Wind besonders an der Küste stark weht, macht es durchaus Sinn, Leitungen von Norddeutschland nach Süddeutschland zu legen um die Versorgung zu verbessern.

Interkontinentale Leitungen

Interessant ist, wie sich der Speicherbedarf entwickelt, wenn man über sehr große Entfernungen den Strom transportiert. Dann wirkt es sich aus, dass das Wetter nie überall gleich ist. Aufgrund physikalischer Gesetzte hat ein Tiefdruckgebiet immer eine Größe im Bereich von 1000km und ebenso groß sind Hochdruckgebiete. Damit weht irgendwo im Umkreis von 1000km immer der Wind und an einem anderem Ort scheint immer irgendwo die Sonne!

Rechnet man dies in Computermodellen genau aus, so zeigt sich, dass bei einem Mix aus Windenergie (60%) und Sonnenenergie (40%) und perfekten Leitungen in Deutschland "nur" ein Speicherbedarf von sieben Tagen (11TWh) besteht. Wird das Stromnetz über ganz Europa gespannt, dann benötigt man nur zwei Tage Speicherkapazität! (Quelle: Lueder von Bremen).

Kosten und Einsparung durch Leitungen

Es ist daher nicht die Frage, ob man Leitungen für Strom will, sondern wie wenig Leitungen man sich leisten kann, denn Speicher sind sehr teuer. Um 11 TWh zu speichern muss man bei einem Speicherpreis von hundert Euro pro kWh (was ein billiger Pumpspeicher ist) 1.100.000.000.000 Euro ausgeben (1.100 Milliarden), diesen Betrag kann man durch europaweite Leitungen auf 3 TWh reduzieren, dann kosten die Speicher "nur" noch 300 Milliarden. Dadurch hat man 800 Milliarden weniger Kosten für Speicher, die man für Leitungen ausgeben kann. 

Rechnet man das für jeden Einzelnen, bedeutet das: Statt 14.000 Euro Speicherkosten pro Person nur noch 3.800 Euro Speicherkosten bei einem europaweitem Stromnetz. 

Daher verhalten sich Stromleitungen in der Bilanz wie Speicher!

Eine globale Betrachtung im Beitrag
Intercontinental Energy Grid

Kostengünstiger Strom

Wenn man auf dem Solarserver die Meldung:

"Solarstrom verursacht Preiseinbruch an Strombörse: Am 16. Juli sank der Strompreis an der der EEX zur Mittagszeit auf Nachtstrom-Niveau" (21.7.2011 Solarserver)
liest, dann freut sich der Normalbürger, in der Solarbranche folgt dann die Bemerkung:
"Jeder Anlagenbetreiber kann spätestens seit dem 16. Juli 2011 erkennen, dass an der Börse immer dann niedrige Preise vorherrschen werden, wenn Solar- und Windkraftanlagen besonders viel Strom produzieren." (21.7.2011 Solarserver)

Und genau damit ist man am Kern des Problems angekommen. Obwohl der Solarstrom mit weit über 20ct/kWh vergütet wird, ist er auf dem Markt, zum Zeitpunkt der Produktion am Tag, nur 2ct/kWh wert. Sollte das Angebot an Solarstrom weiter wachsen, wird der Marktwert sogar noch weiter fallen.

Das bedeutet aber, dass in dieser Form eine ökonomische, marktwirtschaftliche Erzeugung von Solarstrom völlig unmöglich ist. Insbesondere rechnet niemand damit, dass die Erzeugung von Solarenergie um den Faktor 10 billiger wird.

Allerdings gibt es einen Ausweg, wenn es möglich wäre, den Strom dann zu verkaufen, wenn der Strompreis hoch ist. Dies sollte eigentlich in der Nacht der Fall sein, wenn keine Sonne scheint. Dass dies nicht der Fall ist, liegt daran, dass immer noch sehr viele Grundlastkraftwerke in der Nacht Strom produzieren, wenn er nicht gebraucht wird. Dies wird sich aber mit dem Abschalten der Kernkraftwerke ändern.

Von diesem Zeitpunkt an wird Strom in der Nacht teurer sein, als an Tagen, an denen die Sonne scheint. Könnte man den Strom Speichern, zumindest für 12 Stunden, wäre ein Geschäftsmodell geboren. Allerdings kein besonders gutes, da der Nachtstrompreis nie besonders hoch werden wird. Insbesondere wird der Nachtstromverbrauch mit dem zunehmenden Wegfall von Nachtspeicheröfen stark gedämpft.





Abbildung: Die beiden Bilder zeigen die Solarstromproduktion am 1. Dezember 2010 und am 1. Mai 2012. Die Solarstromproduktion erreicht im Winter, selbst in der Mittagszeit, nur ein Zwanzigstel der Leistung als am 1.Mai. Zudem ist die Tageslänge und damit die Produktionszeit im Winter erheblich kürzer als im Sommer, man beachte die unterschiedliche Skalierung. (Quelle: SMA)

Wesentlich aussichtsreicher ist es, den Strom dann zu liefern, wenn keine Sonne am Tag scheint, und das ist zuallererst im Winter!

Im Winter kann am Tag praktisch kein Strom produziert werden, wie die Abbildung drastisch zeigt. Damit ist es zwingend, einen Stromspeicher auch für längere Perioden (Monate!) zu haben, wenn man alleine auf Solarenergie setzt. Erfreulicherweise ist die Situation bei der Windenergie wesentlich entspannter, da der Wind im Winter häufig und kräftig weht. In der richtigen Konfiguration reichen etwa sieben Tage Speicherkapazität. Allerdings existieren in Deutschland nur Speicher, die in der Summe 30 Minuten (in Worten: dreißig Minuten) weit reichen.