Versorgung mit grünem Strom mit dezentralen und zentralen stationären Batteriespeichern

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Fraunhofer ISE-Kurzstudie: Batteriegroßspeicher an ehemaligen Kraftwerksstandorten sinnvoll

Bis 2030 werden nach den Szenarienrechnungen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Deutschland etwa 100 GWhel an elektrischer Speicherkapazität benötigt, bis 2045 etwa 180 GWhel. In der Kurzstudie „Batteriespeicher an ehemaligen Kraftwerksstandorten“ hat das Institut den systemischen und netztechnischen Nutzen von Großspeichern untersucht.

Stationäre Batteriespeicher – Stabilität und Flexibilität im Energiesystem – Titel © Fraunhofer ISE

Ein Ergebnis nennt es sinnvoll, Batteriespeicher an ehemaligen Standorten von fossilen oder Atomkraftwerken zu installieren, da die dort bereits verfügbare Anschlussleistung genutzt werden kann. Annähernd 65 Prozent des bis 2030 in Deutschland benötigten Speicherbedarfs könnte damit gedeckt werden.

Stationäre Großspeicher können als schnell verfügbare Kurzzeitspeicher große Mengen fluktuierender und regional verteilter Einspeisung aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen ins Stromnetz integrieren. Sie nutzen zudem durch eine zeitliche Verschiebung die Übertragungskapazitäten der Stromnetze besser aus und reduzieren damit den benötigten Netzausbau. Auf Grund ihrer hochdynamischen Regelbarkeit spielen Batteriespeicher, die mit netzbildenden Wechselrichtern ausgestattet sind, zukünftig eine zentrale Rolle bei der dynamischen Stabilisierung der Stromnetze, so ein weiteres Ergebnis der KUrzstudie. Großspeicher übernehmen dabei die Netzstabilisierung der Spannungs- und Frequenzregelung, die bisher von konventionellen Must-Run-Kraftwerken erbracht wurde.

Nachnutzung konventioneller Kraftwerksstandorte

„Diese Großspeicher können an ehemaligen fossilen oder Atomkraftwerksstandorten installiert werden und so die dort vorhandene Anschlussleistung an das Stromnetz weiter nutzen“, erklärt Bernhard Wille-Haussmann, Gruppenleiter Netzbetrieb und Netzplanung am ISE. „Weitere Vorteile sind die bereits für die Energiewirtschaft gesicherten und akzeptierten Flächen, die vorhandene hochwertige Infrastruktur und das Fachpersonal. Zudem könnte man für den Abriss geplante Kosten einsparen oder umwidmen“.

In der Studie wurde für jede der zehn definierten Regionen, die sich an deutschen Bundesländern orientieren, der Bedarf an stationären Großbatteriespeichern ermittelt und der Anschlussleistung der Kraftwerke gegenübergestellt. Dabei habe sich gezeigt, so die Forscher, dass in einigen Bundesländern ein signifikanter Anteil der benötigten Großspeicher an Kraftwerksstandorten angeschlossen werden könne. So stünden in Baden-Württemberg 10,2 GW Anschlussleistung zur Verfügung, damit könnten alle für 2030 berechneten stationären Batteriespeicher (8,7 GW) angeschlossen werden. In Nordrhein-Westfalen stehe mit 16 GW an jetzigen Kohlekraftwerksstandorten nahezu die doppelte Anschlussleistung der benötigten Speicher (9,4 GW) zur Verfügung. Dies sei allerdings nicht in allen Regionen der Fall. In der Region Sachsen-Anhalt-Thüringen stehe die geringste Leistung (1,1 GW) einem Speicherbedarf von 7,6 GW gegenüber, heißt es weiter.

„Allein die AKW-Standorte mit ihrer Gesamt-Anschlussleistung von 26,8 GW könnten bis zu einem Viertel der für die Energiewende bis 2030 benötigten Anschlussleistung für Batterien bereitstellen. Betrachtet man die verfügbare Fläche, könnten rund die Hälfte der benötigten 100 GWh Speicherkapazität an diesen Standorten platziert werden“, erklärt Bernhard Wille-Haussmann.

Unter Hinzunahme der Steinkohle- und Braunkohlekraftwerke erhöhe sich die Anschlussleistung nochmals erheblich auf 67,6 GW, das entspreche 65 Prozent des bis 2030 benötigten Speicherbedarfs.

Für die Systemintegration des fluktuierenden Stroms werden bis 2030 etwa 100 GWhel und bis 2045 etwa 180 GWhel am stationären Batteriespeichern benötigt – Grafik © Fraunhofer ISE

Speicher reduzieren Netzbelastung

In der Studie modellierte das Forscherteam des Fraunhofer ISE mit dem Energiesystemmodell REMod auch die zukünftigen Lastkurven in den 10 deutschen Regionen und berechnete mit dem Netzmodell PyPsa die Auslastung der Stromleitungen zwischen den Regionen im Jahr 2030. Dabei wurde der Netzausbau entsprechend dem Netzentwicklungsplan einbezogen. Besonders zwischen Norden (Windstrom) und Süden (PV-Strom) sowie zwischen Osten und Westen sind danach Überlastungen der Leitungen zu erwarten.

„Wenn wir nun die in den Regionen bereits vorhandenen Anschlussleistungen der konventionellen Kraftwerke für Großspeicher nutzen, kann zum einen der zunehmende Tag-Nacht-Ausgleich für Solarenergie erfolgen, zum anderen der Netzausbau reduziert werden“, erläutert Prof. Christof Wittwer, Bereichsleiter Leistungselektronik, Netze und intelligente Systeme am Fraunhofer ISE.

Weiteren Forschungsbedarf sieht das Fraunhofer ISE bei der Regionalisierung der Energieszenarien und der Detaillierung der Übertragungsnetzmodelle, einschließlich des Einflusses von wechselrichterdominierten Verteilnetzen. Mit der Einbeziehung dieser erweiterten Modelle könnten die zukünftigen Anschlussorte bedarfsgerechter geplant werden, heißt es abschließend.

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