Batteriespeicher können bis zu 30 GW an Backup-Kraftwerken ersetzen

Die Dunkelflaute ist eines der Schlagworte, die regelmäßig in der Energiewendedebatte auftauchen. Es bezeichnet eine Wetterlage, in der gleichzeitig wenig Sonne scheint und kaum Wind weht, also genau dann, wenn die Stromnachfrage hoch ist, aber die Erzeugung aus Erneuerbaren gering ausfällt.

Das oft vermittelte Bild ist, dass in solchen Situationen nur fossile Kraftwerke aushelfen und eine kontinuierliche Energieversorgung sicherstellen können. Doch wie verändert sich diese Perspektive, wenn Batteriespeicher ins Spiel kommen?

Batteriegroßspeicher sind Kurzzeitspeicher. Ihr Fokus liegt auf der Stabilisierung des Stromsystems im Stunden- bis Tagesspektrum. Sie übernehmen also die wichtige Aufgabe, kurzfristige Schwankungen auszugleichen und Spitzen in der Residuallast zu kappen.

Der Unterschied zwischen Tageshöchstlast und Tagestiefstlast beträgt typischerweise mehrere Gigawatt. Batteriespeicher sind ideal, um diese Tageschwankungen auszugleichen und dabei den Bedarf an residuallastdeckenden Kraftwerken zu verringern.

Für längere Phasen braucht es wiederum ergänzende Lösungen wie Langzeitspeicher, Stromaustausch mit dem Ausland, flexible Stromnachfrage oder flexible Erzeugung.

Durch das Zusammenspiel von Kurzzeitspeichern und anderen Flexibilitätsoptionen sinkt der Bedarf an Kraftwerken. Flexible steuerbare Leistung muss also weiterhin – allerdings in deutlich geringerem Umfang als bisher veranschlagt – für seltene Extremsituationen vorgehalten werden.

Um dies zu simulieren, hat ECO STOR ein freizugängliches Simulationstool, das sogenannte Dunkelflauten-Dashboard entwickelt. Dort lassen sich individuelle Szenarien für Photovoltaik, Windkraft, Batteriespeicher und Stromnachfrage in Deutschland durchspielen.

Das Modell berücksichtigt reale Wetter- und Energieerzeugungsdaten über mehrere Jahre und bildet das Zusammenspiel von Windkraft, Photovoltaik, Batteriespeichern und steuerbarer Kraftwerksleistung im deutschen Stromsystem ab. Im Hintergrund berechnet ein Optimierungsmodell (auf Basis von PyPSA), wie Batteriespeicher betrieben werden und welche zusätzlichen Backup-Leistungen erforderlich sind.

Das sind neben zusätzlichen steuerbaren Kraftwerken (z.B. Biomasse, H2, Abfall, Erdgas, etc.) auch der Stromaustausch mit dem Ausland oder andere Flexibilitäts- und Erzeugungsoptionen und wird im Modell nicht unterschieden. So wird nachvollziehbar, welchen Beitrag Speicher in verschiedenen Ausbaupfaden leisten.

Bezugspunkt der aktuellen Simulation war das Ausbauziel der Bundesregierung für das Jahr 2030 mit entsprechend hohen Anteilen an erneuerbaren Energien. Auf dieser Grundlage wurde untersucht, wie sich unterschiedliche Speicherleistungen auf den Bedarf an gesicherter Backup-Leistung auswirken.

In einer Parameteranalyse wurde die installierte Leistung von Batteriespeichern variiert und untersucht, wie sich die notwendige, zusätzliche kombinierte Backupleistung verändert.

Die benötigten Backupleistungen korrelieren direkt mit der maximal auftretenden Residuallast. Darauf aufbauend wurde die Parameterstudie auf Basis von fünf Wetterjahren durchgeführt und die Mittelwerte dargestellt.

Das Ergebnis: Bereits moderate Speicherleistungen erhöhen die Flexibilität des Systems erheblich. Je mehr Batteriespeicher im System installiert sind, desto geringer ist die zusätzlich erforderliche kombinierte Backupleistung.

• Bei einer installierten Leistung von 60 GW mit 2 h Kapazität entsprechend 120 GWh Speicherkapazität sinkt der erforderliche Backup-Bedarf in Dunkelflauten von 100 GW um rund 15 GW auf 85 GW, bei 4 h Kapazität um etwa 20 GW.
• Mit 100 GW installierter Leistung reduziert sich der Bedarf um ca. 19 GW bzw. 24 GW.
• Eine Integration von 1000 GWh Speicherkapazität (entspricht 125 GW × 8 h) senkt die notwendige Backup-Leistung sogar um etwa 30 GW (C), so dass nur 70 GW Residuallast verbleiben.

Ebenfalls spannend zu sehen, ist, dass mit zunehmender Speichertiefe der Batteriespeicher deren Beiträge in Dunkelflauten deutlich an Relevanz gewinnen. So werden künftige 8 Stundenspeicher noch deutlich mehr Kraftwerkskapazitäten verdrängen, als dies bei den aktuellen 2-Stundenspeichern der Fall ist.

Je mehr Speicher ans Netz kommen und je mehr Kapazitäten diese haben, desto geringer der Bedarf an sonstigen steuerbaren Backup-Kapazitäten. Besonders stark ist dieser Effekt am Anfang des Zubaus. Mit zunehmender Speicherinstallation nimmt der Mengeneffekt langsam ab.

Bei einer Residualspitzenlast von etwa 100 GW werden weiterhin rund 70 GW an steuerbareren Kapazitäten benötigt, seien es Langzeitflexibilitäten, Bioenergiekraftwerke, Wasserkraftwerke, H2-ready Kraftwerke-, Stromhandel oder andere. Zusammen ergeben diese Elemente ein robustes Gesamtsystem.

Kurzzeitspeicher gleichen kurzfristige Schwankungen im Stromnetz aus und dämpfen Spitzen in der Residuallast. Dadurch sinkt der Bedarf an fossilen und steuerbaren Kraftwerken erheblich.

Besonders deutlich wird der Nutzen von Batteriespeichern in den frühen Phasen des Ausbaus. Schon wenige installierte Kapazitäten erhöhen die Flexibilität des Stromsystems spürbar. Je stärker der Ausbau voranschreitet, desto weiter sinkt der Bedarf an fossiler Reserveleistung.

Für längere Phasen ohne Wind und Sonne braucht es weiterhin ergänzende Lösungen wie Langzeitspeicher, Stromaustausch mit Nachbarländern oder eine flexible Stromnachfrage.

„Wir brauchen mehr Kosteneffizienz beim Umsetzen der Energiewende. Zuverlässige Großbatteriespeicher sind der Schlüssel hierzu“, sagt Georg Gallmetzer von ECO STOR. „Wenn wir dieses Flexibilitätspotenzial ausschöpfen, können wir auf bis zu 30 GW an Backup-Kraftwerken verzichten. Das macht das Energiesystem robuster und senkt die Gesamtkosten.“

„Über Großspeicher kursieren noch immer viele Vorurteile“, fährt Georg Gallmetzer fort. „Dabei zeigen die Daten klar: Großspeicher können bis zu 30 Prozent der benötigten Backup-Kraftwerke zuverlässig, wirtschaftlich und mit echtem Mehrwert für das Gesamtsystem ersetzen. Gleichzeitig stabilisieren sie das Netz Tag für Tag und machen den Strommix effizienter.“