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Ausgewählte Ausgabe: 5-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Energiespeicher

Der Einsatz von Energiespeichern im Energiesystem wird zukünftig stark zunehmen. Hierbei spielen insbesondere Stromspeicher eine zentrale Rolle als Flexibilitätsoption in Stromversorgungssystemen mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien. Speicher stehen allerdings immer in einem Wettbewerb mit anderen Flexibilitätsoptionen. Aktuell entwickelt sich in Deutschland insbesondere der Bereich der Kurzzeit-Stromspeicherung mit Batterien sehr dynamisch. Im Fokus sind hier die Einsatzgebiete Erhöhung des Eigenverbrauchs in Kombination mit Photovoltaikanlagen und Bereitstellung von Systemdienstleistungen (Primärregelleistung). Zu beiden Einsatzgebieten haben sich in Deutschland Märkte für stationäre Batteriespeicher entwickelt, die durch hohe Wachstumsraten, eine Vielzahl an Systemanbietern und -herstellern sowie innovative Geschäftsmodelle gekennzeichnet sind. Der zunehmende Einsatz von Speichern insbesondere im Endkundensegment ist somit ein Element, das den zukünftigen Energiemarkt nachhaltig beeinflussen wird.


Second-Life-Batteriespeicher (2,8 MWh) in Hamburg zur Bereitstellung von Primärregelleistung.

Second-Life-Batteriespeicher (2,8 MWh) in Hamburg zur Bereitstellung von Primärregelleistung.

In Bezug auf die installierte Speicherkapazität sind nach wie vor Pumpspeicher in Deutschland und auch weltweit die mit Abstand wichtigste Stromspeichertechnik. Einen Überblick zum Status von Pumpspeichern in Deutschland gibt [1]. Während der Zubau bei Pumpspeichern in Deutschland aufgrund der derzeit ungünstigen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen nur sehr zögerlich verläuft, stellt sich die Situation im Bereich stationärer Batteriespeicheranwendungen deutlich anders dar. Innerhalb weniger Jahre hat sich hier auf weltweiter Ebene ein dynamischer Markt entwickelt, der in den kommenden Jahren weiterhin stark wachsen wird [2 bis 4]. Deutschland zählt hier neben den USA, China, Japan, Südkorea und Australien zu den wichtigsten Märkten für stationäre Batteriespeicher. Dies gilt insbesondere für den Markt für dezentrale Batteriespeicher in Kombination mit Photovoltaik (PV)-Anlagen zur Erhöhung des Eigenverbrauchs. Deutschland ist derzeit in diesem Marktsegment weltweit der größte und wichtigste Markt, und auch deutsche Firmen besitzen in diesem Bereich Technologie-Führerschaft.
In Deutschland und Europa, aber auch in mehreren anderen Ländern (zum Beispiel Südkorea oder USA) spielt zudem die Bereitstellung von Primärregelleistung zur Leistungs-/Frequenzregelung im Stromnetz durch Großbatteriespeicher eine immer wichtigere Rolle. Hier wurde insbesondere in den letzten zwei Jahren eine Vielzahl von Projekten realisiert, sodass die Bereitstellung von Primärregelleistung mittlerweile ein etablierter Markt für stationäre Großbatteriespeicher in Deutschland geworden ist. Während anfangs Projekte noch mit Hilfe öffentlicher Fördermittel realisiert wurden, ist dies mittlerweile eher die Ausnahme. Die Bereitstellung von Primärregelleistung ist für Batteriespeicher kurzfristig weiterhin als Wachstumsmarkt einzuschätzen. Unter anderem durch die einsetzende Marktsättigung und zunehmende Konkurrenz durch neue Anbieter und Anlagen sind allerdings bereits sinkende Preise am Primärregelleistungsmarkt zu beobachten. Inwieweit sich dies auf die Wirtschaftlichkeit bereits realisierter und geplanter Batteriespeicherprojekte auswirkt, ist derzeit noch nicht abschätzbar [5].
Die bisher gesammelten Projekt- und Betriebserfahrungen mit Batteriespeichern werden von den Eigentümern und Betreibern als sehr positiv bewertet (siehe zum Beispiel [6]). Dies ist besonders für die Markteintrittsphase wichtig, um die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Technologie zu demonstrieren, zukünftige Kostensenkungspotenziale zu erschließen und damit das Vertrauen in die Technik zu fördern. Unterstützt wird diese Entwicklung durch den weltweit starken Ausbau der Batterieproduktionskapazitäten, die deutlich durch den mobilen Einsatz von Batterien in Elektrofahrzeugen getriggert wird. Die starke Konkurrenz zwischen den Zellherstellern und momentan vorhandene Überkapazitäten haben dazu geführt, dass die Batteriezellpreise stark gesunken sind und auch zukünftig weiter sinken werden [7; 8].
Diese technischen und kostenseitigen Entwicklungen werden perspektivisch dazu führen, dass auch weitere Einsatzgebiete für Batteriespeicher wirtschaftlich werden können. Welche Einsatzgebiete dies sein werden, ist derzeit noch unklar und Gegenstand von vielfältigen Marktanalysen. Ein Ansatz zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Speichersystemen, der zukünftig an Bedeutung gewinnen wird, ist die Kombination mehrerer Einsatzgebiete. Durch so genannte Multi-Use-Speicher können durch ein Speichersystem verschiedene Anwendungen abgedeckt werden. Ein Beispiel stellen Speicher im Industrie- und Gewerbebereich dar, die sowohl zur Strombezugsoptimierung (zum Beispiel durch verbraucherseitiges Peak-Shaving), als auch zur Bereitstellung von Primärregelleistung eingesetzt werden können [9].
Nach Ergebnissen der dena-Netzflex-Studie [10] bietet eine Mehrfachnutzung von Speichern und anderen Flexibilitätsoptionen auch das Potenzial, die Kosten der Energiewende durch vermiedene oder reduzierte konventionelle Netzausbaumaßnahmen deutlich zu verringern. Um dies zu ermöglichen, sollten Flexibilitätsoptionen (inklusive Energiespeicher) durch Kosten- und Einkommensanreize aktiviert werden, den Netzbetreibern sollte die Nutzung von Flexibilitäten ermöglicht werden, und die verschiedenen flexibilitätsbezogenen Regelwerke sollten harmonisiert und die Unübersichtlichkeit abgebaut werden.
Der Schwerpunkt der vorliegenden Jahresübersicht Energiespeicher liegt auf der Darstellung der aktuellen Entwicklungen im Bereich Batteriespeicher in Deutschland. Ergänzt wird diese Übersicht durch die Vorstellung ausgewählter F&E-Speicherprojekte und der aktuellen regulatorischen und gesetzlichen Rahmenbedingungen für Speicher.

Batteriespeicher in Deutschland

In den letzten Jahren ist eine stark steigende Anzahl an stationären Batteriespeicherprojekten in Deutschland feststellbar. Dies beinhaltet sowohl Großspeicher im MW-/MWh-Bereich als auch kleine dezentrale Systeme im kW-/kWh-Bereich. Getrieben wird diese Entwicklung durch die Einsatzgebiete der Bereitstellung von Systemdienstleistungen (zum Beispiel Regelleistung) und der lokalen Erhöhung des Eigenverbrauchs von PV-Anlagen. Diese Bereiche stellen momentan die mit Abstand wichtigsten Märkte dar. In beiden Märkten zeichnen sich aufgrund der deutlich gesunkenen Batterie- und Systemkosten erste wirtschaftliche Einsatzgebiete ab.
Die Kombination aus hohen Stückzahlen und großen verbauten Batteriekapazitäten macht den Markt der Elektromobilität zu einem der Hauptabsatzmärkte von High-End-Batteriezellen weltweit. Die Second-Life-Nutzung von gebrauchten Traktionsbatterien aus Elektrofahrzeugen in stationären Anwendungen mit geringeren Anforderungen an Energie- und Leistungsdichte sowie Lade- und Entladeleistung kann somit zukünftig eine interessante Option für stationäre Energiespeicher darstellen. In Deutschland wurden bereits mehrere Second-Life-Batteriespeicher in unterschiedlichen Einsatzgebieten realisiert.

Stationäre Großbatteriespeicher

Eine Übersicht der sich aktuell in Deutschland in Betrieb und in Planung befindlichen Projekte (ohne PV-Batteriespeichersysteme für Wohngebäude) gibt eine im folgenden Abschnitt dargestellte Datenbankanalyse. Ausgewählte Projekte aus dieser Datenbank werden im Folgenden noch vertiefend dargestellt. Auf das Einsatzgebiet PV-Batteriespeichersysteme für Wohngebäude wird in einem gesonderten Abschnitt eingegangen.

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Autoren

Dr.-Ing. Peter Stenzel

Forschungszentrum Jülich, Institut für Energie- und Klimaforschung – Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEK-STE), Jülich.

Dipl.-Ing. Wilfried Hennings

Institut für Energie- und Klimaforschung, Systemforschung und Technologische
Entwicklung (IEK-STE), Forschungszentrum Jülich GmbH.

Dipl.-Ing. Jochen Linssen

Forschungszentrum Jülich, Institut für Energie- und Klimaforschung – Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEK-STE), Jülich.

Trend 2017

Im Bereich des stationären Einsatzes von Batteriespeichern ist ein sehr deutlicher Trend hin zur Lithium-Ionen-Technik erkennbar. Dieser Trend gilt sowohl im Bereich Großbatteriespeicher als auch im Segment der PV-Batteriespeicher, wo anfangs Bleibatterien noch eine wesentliche Rolle gespielt haben. Andere Batterietypen (zum Beispiel Redox-Flow-Batterien) werden insbesondere im Rahmen von Forschungs- und Demonstrationsprojekten eingesetzt, spielen aber im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine untergeordnete Rolle. Der wesentliche Treiber für die momentane Dominanz der Lithium-Ionen-Technik ist die Kostenentwicklung mit weiterhin stark sinkenden Batteriezell- und Systemkosten bei gleichzeitig steigender Energie- und Leistungsperformance sowie verbesserter Lebensdauer. Hinzu kommt die stark zunehmende Anzahl an Anbietern von Speichersystemen, gepaart mit einem verstärkten Wettbewerb. Zunehmend treten sowohl die führenden Batteriezellen- als auch Automobilhersteller als Anbieter von Komplettlösungen stationärer Batteriespeichersysteme auf. Hierzu passt der Trend, dass Automobilhersteller ihre Batteriefertigung in Deutschland und Europa stark ausbauen beziehungsweise deren Aufbau planen. Um die Batteriesysteme auch im stationären Bereich zu vermarkten, wurden bereits eigene Tochtergesellschaften gegründet. In Bezug auf eine deutsche Großserienfertigung von Batteriezellen könnte ebenfalls ein neuer Anlauf unternommen werden, und mit staatlicher Unterstützung hat sich ein Industrie-Konsortium dazu gebildet. In diesem Zusammenhang ist allerdings zu beachten, dass auch führende asiatische Hersteller Fertigungsstandorte in Europa planen. Bei stationären Batteriespeichern ist ein gewisser Wandel bei den Anwendungen zu erkennen. Anbieter von PV-Batteriespeichersystemen entwickeln derzeit eine Vielzahl an innovativen Geschäftsmodellen und vollziehen zumindest zum Teil einen Wandel vom reinen Systemanbieter hin zum Stromversorger und Aggregator. Ein weiterer zentraler Trend ist die Integration von Speichern in Smart-Home-Systeme. Bei Großbatteriespeichern deutet sich an, dass zukünftig Multi-Use-Konzepte – bei denen ein Speicher verschiedene Anwendungsgebiete abdeckt – eine wichtige Rolle spielen werden.

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