Das Orangebuch der Energiepiraten – meine Sicht – Teil 4
3. Die Welt einer nachhaltigen Energieversorgung
Das Leben ist leiser geworden. Fahrräder und Autos surren durch die Straßen. Die Sonne wärmt dunkle Dächer und spiegelt sich schwach in glänzenden Fassaden. Die Rotoren der Windkraftanlagen drehen sich in der Ferne behäbig im lauen Wind. Eine Vision? Nein, die nachhaltige Zukunft.
In die Dächer von Wohnhäusern, öffentlichen Gebäuden und Industriegebäuden sind und Photovoltaikmodule eingelassen, teilweise auch Sonnenkollektoren, große Häuserwände sind mit stromerzeugenden Folien überzogen. [3a] Alleinstehende Gehöfte und Häuser erzeugen mit Solarthermie, Photovoltaik und Wärmepumpe genügend Wärme und Strom zur Eigenversorgung, Strom- und Wärmespeicher helfen über sonnenschwache Tage hinweg. Wohnquartiere und Wohnsiedlungen werden über gemeinschaftliche Strom- und Wärmespeicher versorgt, einige erzeugen sogar Stromüberschüsse, die in das öffentliche Netz eingespeist werden. [3b] Die Wärme wird lokal durch Großflächen-Solarthermie, Biomassenutzung, in einigen Regionen auch durch Tiefen-Geothermie erzeugt. Abwasser- und Überschusswärme von Industrieunternehmen wird ebenso genutzt wie überschüssiger erneuerbarer Strom im „Power to Heat“-Verfahren. [3c] Nah- und Fernwärmenetze leiten die mit erneuerbaren Technologien erzeugte Wärme zu Verbrauchern und in Speicher.
Auch kleinere Gewerbe und Industriebetriebe versorgen sich energetisch selbst, größere sind für die Stromversorgung an Wind- oder Solarparks und das Fernwärmenetz angeschlossen. Wer sein Elektroauto nicht zu Hause selbst aufladen kann [3d], fährt zu Ladestationen auf öffentlichen Parkplätzen, in Tiefgaragen [3e], in Einkaufszentren [3f] oder lädt Strom während Reisen auf Autobahnrastplätzen [3g]. Die Batterien von Bussen, LKWs und Flottenfahrzeugen werden über Nacht an ihren Standorten aufgeladen, der öffentliche Schienenverkehr mit Strom von Wind- oder Solarparks aus Batteriegroßspeichern gespeist.
Lokale Stromerzeugung, lokaler und regionaler Stromverbrauch gleichen sich weitgehend über die Verteilnetze und an den Verknüpfungspunkten gleichermaßen wie in Gebäuden beim Endverbraucher installierten Batteriespeicher aus, unterstützt von weiteren Batteriespeichern zur Spannungsstabilisierung und dem Ausgleich von Erzeugungs- und Lastspitzen an den Netzknoten zwischen Mittel und Hochspannung. Infrastrukturstromspeicher [3h] als Teil der Batteriespeicher sichern außerdem bei einer Netzstörung die Stromversorgung von lokalen technischen Anlagen der öffentlichen Versorgung. Dazu gehören zum Beispiel die öffentliche Wasser- und Abwasserversorgung, die Gasversorgung und die Telekommunikation.
Regionale Netze sind über die Mittelspannungsebene miteinander verbunden und ergänzen gegenseitig ihren Stromhaushalt oder werden aus saisonalen Stromspeichern unterstützt. Der Strom aus offshore Windparks und großen onshore Windparks wird regional verbraucht oder kann über das Hochspannungsnetz zu anderen Regionen geleitet werden. Wird mehr erneuerbarer Strom erzeugt, als gerade verbraucht, befüllt dieser Batteriespeicheranlagen mit hoher Kapazität, kann gegebenenfalls Druckluft erzeugen, die in großen Kavernen gespeichert wird, über „Power to Gas“-Anlagen synthetisches Methan in das Gasnetz einspeisen oder Pumpspeicherseen füllen: Ein sinnvoller Vorrat für die Zeiten, wenn über viele Tage hinweg, zu wenig Wind weht und die Sonne nicht scheint.
Schiffe und Flugzeuge werden mit flüssigem erneuerbaren Kraftstoff betankt, Küstenschiffe fahren und kleinere Flugzeuge fliegen elektrisch angetrieben, transkontinentale Güterbahnsysteme übernehmen den Großteil der Containerfrachten und der öffentliche Personenverkehr fährt komplett elektrisch, auf Nebenbahnen, im regionalen Nahbereich als Straßenbahn sogar batteriegetrieben.
3.1 Wärme und Strom in der Zukunft
Die Energieversorgung der Zukunft beruht auf der Nutzung von Wärme und erneuerbar erzeugtem Strom. Insbesondere durch einen strombasierten Verkehr wird sich der Strombedarf deutlich erhöhen. Im Jahr 2014 wurden in Deutschland nur 21% der Endenergie als Strom verbraucht, dagegen mehr als die Hälfte in Form von Wärme. [3.1a] Wie wird dieses Verhältnis in der Zukunft sein? Schauen wir uns dazu noch einmal die einzelnen Verbrauchsbereiche an:
Für den Verkehrsbereich wurde in Kapitel 2.2 und 2.5 der Strombedarf auf 244 TWh für die Mobilität in Deutschland und auf 261 TWh für den Anteil am internationalen See- und Flugverkehr abgeschätzt. Dabei wurde davon ausgegangen, dass der Anteil von flüssigen Kraftstoffen für sonstige Kraftfahrzeuge (Spezialmaschinen) und den Flug- und Schiffsverkehr durch Strom im Power-to-Liquid-Verfahren hergestellt wird. Der nutzbare Wärmeanteil ist hier sehr gering und wird in der Gesamtbetrachtung vernachlässigt.
Im Kapitel 2.3 wurde der zukünftige jährliche Energiebedarf für private Haushalte zu 210 TWh abgeschätzt. Legt man wie das Bundesumweltamt einen Wärmeanteil von 53,8 Prozent zugrunde [3.1b], errechnet sich daraus ein Stromanteil von 97 TWh und ein Wärmeanteil von 113 TWh.
In der Industrie werden heute nach Angaben des Umweltbundesamtes ungefähr 2/3 der Energie allein für Prozesswärme verbraucht [3.1c] und auch im Bereich Gewerbe, Handel und Dienstleistungen betrug der Anteil für Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme und -kälte insgesamt 72 Prozent am Endenergiebedarf. [3.1d] Bei etwa einem Drittel des Wärmebedarfs liegt die erforderliche Temperatur unter 100 Grad Celsius. In Zukunft kann aber ein deutlich höherer Wärmeanteil als heute mit erneuerbaren Energien abgedeckt werden. Mit Vakuumröhrenkollektoren lassen sich Flüssigkeitstemperaturen bis zu 350 Grad Celsius erreichen (siehe 1.4.1) und mit Solarturmkraftwerken kann sowohl Strom als auch Prozesswärme bis zu 800 Grad Celsius erzeugt werden. [3.1e] Ein Teil der Prozesswärme, die für technische Prozesse wie zum Beispiel das Schmelzen und Schmieden benötigt wird, muss aber wahrscheinlich auch zukünftig mit Hilfe von Strom erzeugt werden. Für die weiteren Abschätzungen gehen wir auch auf Grund eines hohen Wärmeeinsparungspotentials für den Bereich Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen von einem Wärmeanteil von nur noch 50% am gesamten Energiebedarf aus.
Strom [TWh] Wärme [TWh] Mobilität
244 0 261
Private Haushalte:
97 113
Wirtschaft und Verwaltung:
370 370
Summe:
972 484
Tab.: Jährlicher direkter Bedarf an Strom und Wärme in der nachhaltigen Zukunft
Wind und Sonneneinstrahlung stehen nicht gleichmäßig zur Verfügung und schwanken im Tages-, aber auch im Jahresverlauf in ihrer Intensität. Auf der anderen Seite besteht beim Energiebedarf ein sich im Tagesverlauf, aber auch jahreszeitlich ändernder Bedarf. Im Winter wird mehr Wärme zum Heizen benötigt und während der Urlaubsreisezeit und zu Festtagen wird der Strombedarf im Verkehr ansteigen. Das Angebot und die Nachfrage von Strom und Wärme verändern sich also unabhängig voneinander und beide müssen daher zwischengespeichert werden. Die hierbei entstehenden Verluste werden in den nächsten Kapiteln abgeschätzt.
3.2. Zusätzlicher Wärmebedarf durch Verluste bei der Wärmeleitung und -speicherung
Die Fraunhofer Gesellschaft ISE geht bei Wärmespeichern von einem Wirkungsgrad von 90% aus. [3.2a] In aller Regel wird man auf die benötigte Wärme über einen Wärmespeicher zugreifen. Daher gehen wir von einem Verlust bei der Wärmeleitung und -speicherung von etwa 10% aus und es ergibt sich bei einem Wärmebedarf von 484 TWh (siehe Tabelle) ein zusätzlicher (Wärme-)Energiebedarf von 48 TWh bzw. ein Gesamtbedarf von 532 TWh.
3.3. Verluste der Stromleitung und -speicherung
Immer wenn elektrischer Strom fließt, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Auch beim Laden und Entladen von Stromspeichern entstehen Verluste, die durch eine höhere Stromproduktion ausgeglichen werden müssen.
3.3.1 Stromleitungsverluste
Beim Fließen des Stromes durch herkömmliche Kabel und Transformatoren entsteht Wärme und ein Teil der Energie ist dann nicht mehr als Strom verfügbar. Die eingespeiste Leistung ist höher als die, die entnommen werden kann. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat die „Netzverluste und Nichterfasstes“ für die Jahre 2010 bis 2014 berechnet. Sie liegen zwischen 4,7% im Jahr 2010 und 4,2% im Jahr 2014 der jährlichen Nettostromerzeugung [3.3.1a]
Meine Zwischenfrage: wie kann das sein, wenn einer Bruttostromerzeugung von ganz grob 600 TWh eine abgerechnete Strommenge von knapp über 500 TWh gegenübersteht? Da fehlen meiner Rechnung nach eher 17%. Wo wird hier wann was gemessen?
Auch wenn im Hochspannungsübertragungsnetz zukünftig die verlustärmere Übertragung mit Gleichstrom [Tennet TSO GmbH: „Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung“ [3.3.1b] oder sogar supraleitende Stromkabel [zum Beispiel IASS Potsdam: „Supraleitung“ [3.3.1c] eingesetzt werden, ist das Verteilungsnetz so ungleich viel größer, dass der durchschnittliche Stromleitungsverlust nun wenig sinken würde. Die Bundesnetzagentur unterstellt im „Entwurf des Szenariorahmen 2030“, dass die Netzverluste durch die weitergehende Integration der EE und hohen Transportaufgaben bis 2030 bzw. 2035 zwischen 6% und 10% steigen können. [3.3.1d] Dem widerspricht jedoch der Verband der Elektrotechnik in seiner Studie „der Zellulare Ansatz“ aus dem Jahr 2015 [3.3.1e]. Bei vollständiger Stromversorgung durch Erneuerbare Energien sinkt der Übertragungsbedarf von 602 TWh auf 394 TWh im Jahr [3.3.1f] Schätzt man den durchschnittlichen zukünftigen Verlust im Stromnetz zu 5% ab, so errechnet sich bei einem jährlichen Strombedarf von 972 TWh (siehe Tabelle) ein zusätzlicher Bedarf von 49 TWh.
3.3.2 Verluste bei der Stromspeicherung
Jede Form der Stromspeicherung ist mit Verlusten verbunden. Daher ist es klüger den Strom in möglichst hohem Maße direkt zu verbrauchen. Mit der Energiewende und der Umstellung der Stromerzeugung auf Sonne und Wind als schwankende Hauptstromerzeuger werden Stromspeicher aber zum alltäglichen Begleiter in der Energieversorgung. Wenn mehr erneuerbarer Strom erzeugt werden kann, als gerade benötigt wird, wird er für die Zeiträume geringer Erzeugung zwischengespeichert. Herrscht in Nachtstunden Windstille liefern weder PV Anlagen noch Windkraftanlagen Strom. Auch bei mehrtägigen Wetterlagen mit zu wenig Wind und Sonnenstrahlung wird die Stromversorgung durch von Wind und Sonne unabhängige erneuerbare Energien (wie zum Beispiel Laufwasserkraftwerke) und Stromspeicher erfolgen. Welcher Stromanteil wird in nun in den verschiedenen Verbrauchsbereichen vermutlich gespeichert werden?
3.3.2.1 Stromspeicherverluste im Verkehrsbereich
Der Stromanteil am Energieeinsatz betrug 2014 im Verkehrsbereich nur 1,6% [3.3.2.1a] und wurde fast ausschließlich im Schienenverkehr verbraucht. Dieser Anteil wird sicherlich ansteigen, so dass im Bereich der Mobilität ein Teil des erzeugten Stromes direkt verbraucht und nicht zwischengespeichert werden muss. Dieser Anteil ist heute nur schwer abzuschätzen, ebenso welchen Anteil bei der Energieversorgung strombasierte flüssige oder gasförmige Kraftstoffe haben werden. Bei ihnen würden allerdings praktisch keine Speicherverluste auftreten. Näherungsweise gehen wir davon aus, dass in Zukunft dreiviertel des gesamten Energiebedarfs über Stromspeicher läuft (183 TWh). Bei modernen stationären Akkus, wie sie zum Beispiel in Kombination mit Photovoltaikanlagen eingesetzt werden, entstehen dabei Verluste von ca. 6%. [3.3.2.1b]. Beim Laden des Fahrzeugakku und dem Stromverbrauch der Zusatzgeräte tritt dann noch ein Verlust von etwa 20% auf. [3.3.2.1c]. Bei einem Energiebedarf von 183 TWh, wie er in Kapitel 1.1 abgeschätzt wurde, errechnet sich damit ein jährlicher Zusatzbedarf von 30% bzw. 55 TWh. Beim internationalen See- und Flugverkehr gehen wir näherungsweise von keinen Verlusten bei der Lagerung von strombasiert erzeugten Kraftstoffen aus.
3.3.2.2 Stromspeicherverluste der privaten Haushalte
Betrachtet man den Stromverbrauch für einen bestimmten Zeitraum (zum Beispiel einen Tag) von Gruppen (zum Beispiel Haushalte oder Gewerbebetriebe), die ein ähnliches Verbrauchsverhalten haben und stellt ihn in einem Diagramm dar, ergibt sich ein „Standardlastprofil Strom“. [3.3.2.2a] Der Stromverbrauch privater Haushalte ist von Tag zu Tag etwa gleich und folgt dabei einem typischen Tagesverlauf:
Grafik
Standardlastprofil „Haushalt“ [3.3.2.2b]
Ab 4.00 Uhr morgens steigt der Strombedarf bis mittags 13.00 Uhr kontinuierlich an. Bis etwa 16.00 Uhr am Nachmittag sinkt er dann kontinuierlich auf das Niveau von 6.00 Uhr morgens ab, um dann auf die höchsten Verbrauchswerte gegen 19.30 Uhr zu steigen (ungefähr zweieinhalbmal so hoch wie morgens um 6.00 Uhr und 20% höher als mittags). Danach sinkt der Stromverbrauch kontinuierlich auf den tiefsten Wert gegen 3.00 Uhr in der Nacht. Am Wochenende verschiebt sich das Lastprofil etwas. Der Strom für private Haushalte wird hauptsächlich mit Photovoltaik-Anlagen erzeugt werden. Deren Stromerzeugung beginnt mit dem Sonnenaufgang und steigt dann auf einen maximalen Wert um ca. 14.00 Uhr. Danach sinkt sie bis in die Abendstunden ab. [3.3.2.2c] Dies führt zu einer Stromüberproduktion am frühen Nachmittag und natürlich zu einer fehlenden Stromerzeugung in den Nachtstunden, die aber durch einen Stromspeicher ausgeglichen werden kann. Außerdem müssen sonnenreiche Tage dazu genutzt werden, den Strom für Tage mit nur wenig Sonnenschein zu erzeugen und zu speichern. Nach dem Standardlastprofil für Haushalte an Werktagen beträgt der Strombedarf zwischen 0.00 Uhr/7.00 Uhr und 19.00 Uhr/0.00 Uhr zusammen etwa 42% des Tagesbedarfs. [3.3.2.2d] Dieser Anteil muss über Stromspeicher gedeckt werden, da in dieser Zeit keine ausreichende Sonneneinstrahlung auf die Photovoltaikmodule vorhanden ist. Durch einen Wirkungsgrad der Module von 20% und mehr ist bereits heute eine gemischte Ausrichtung der Photovoltaikmodule bei vorzugsweiser Nutzung von Dünnschichttechnologien in alle Himmelsrichtungen sinnvoll. Damit ist eine längere und gleichmäßige Stromerzeugung im Tagesverlauf möglich. Hinzu kommt die Stromversorgung aus dem Speicher der Haushalte an Tagen mit nur geringer Sonneneinstrahlung. Setzt man für solche Tage einen Anteil von 10% an, ergibt sich ein zu speichernder Stromanteil von insgesamt 52%. Bei einem Jahresstrombedarf für private Haushalte von 97 TWh (siehe Tabelle xx Kapitel 3.1) wären dies 50 TWh Speicherkapazität. Bei modernen stationären Akkus, wie sie in Kombination mit Photovoltaikanlagen eingesetzt werden, entstehen dabei Verluste von ca. 10%. [3.3.2.2e] Damit ist im Bereich der privaten Haushalte ein Zusatzbedarf in Höhe von etwa 5 TWh zu berücksichtigen.
Hinweis: Für diese Strategie habe ich eine Speicherkapazität von 20% des Jahresstromverbauchs als sinnvoll ermittelt. Das ist aber noch ein viel zu hoher Invest.
3.3.2.3 Stromspeicherverluste von Industrie und Verwaltung
In Gewerbebetrieben steigt der Stromverbrauch nach dem Standardlastprofil ab etwa 3.30 Uhr kontinuierlich bis 12.30 Uhr auf mehr als das Vierfache an. Nach einem Zwischentief gegen 14.00 Uhr steigt der Stromverbrauch am Nachmittag noch einmal etwas an, um dann bis das Niveau von 3.30 Uhr morgens abzufallen.
Grafik
Lastprofil „Gewerbe allgemein“ [3.3.2.3a]
Die gleiche Tagesanalyse wie bei dem Lastprofil für Haushalte ergibt für das Lastprofil „Gewerbe allgemein“ einen täglichen Speicherbedarf von 29%. Berücksichtigt man auch hier sonnenschwache Tage mit einem zusätzlichen Speicherbedarf von 10%, ergibt sich ein Gesamtbedarf von 39%. Bei Industrieunternehmen sollte der Bedarf nicht höher sein, da sie oft den produktionsbedingten Stromverbrauch zumindest teilweise in die Tageszeiten mit hoher Stromerzeugung verschieben können (die sogenannte „Lastverschiebung“). Der Stromverbrauch von Dienstleistungsunternehmen und Verwaltungen wird in der Regel dem Lastverlauf des Standardprofils für „Gewerbe zwischen 8 und 18.00 Uhr“ mit einem Tagesspeicherbedarf von 10% [3.3.2.3b] folgen. Für den gesamten Bereich „Wirtschaft und Verwaltung“ schätzen wir den Speicherbedarf auf 35% des Verbrauchs bzw. 130 TWh (nach Tabelle, Kapitel 3.1). Berücksichtigt man wieder Speicherverluste von 10%, errechnet sich für diesen Bereich ein zusätzlicher Strombedarf von 13 TWh.
3.3.2.4 Stromspeicherverluste durch die saisonale Speicherung
Die Energieversorgung der Zukunft basiert fast vollständig auf den erneuerbaren Energien Sonne und Wind. Diese Energiequellen stehen jedoch nicht gleichmäßig über das Jahr verteilt zur Verfügung, sondern die Sonneneinstrahlung ist in Deutschland im Juli und der Windertrag in den Wintermonaten am höchsten:
Grafik
Mittlere Sonnenscheindauer der Jahre 1893 bis 2015 [3.3.2.4a]
Grafik
Prozentuale Veränderung des Mittelwerts des Windertragsindex im Jahr 2015 von Küstenlage und Binnenland im Vergleich zum Durchschnitt der Jahre 2010 bis 2014 [3.3.2.4b]
In den Jahren 2011 bis 2014 hat sich die Stromerzeugung aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen auf Monatsbasis recht gut ergänzt:
Grafik [3.3.2.4c]
Monatliche Photovoltaik- und Windstromproduktion in den Jahren 2011 bis 2014
Bei einer nachhaltigen Energieversorgung wird jedoch der Anteil der solaren Stromerzeugung wesentlich höher als der der Windkraft sein. Wir gehen in dieser Ausarbeitung von einem Anteil von 79% für die Photovoltaik und 21% für die Stromerzeugung mit Windkraftanlagen aus (siehe Kapitel 4). Legt man die Jahresgänge für Sonne und Wind aus den Grafiken zugrunde, ist damit die Stromerzeugung im Juni am höchsten und im November am niedrigsten:
Grafik [3.3.2.4d]
Modell Jahresgang der Stromerzeugung [TWh] mit 1000 GW installierter Photovoltaik und 84 GW installierter Leistung an onshore Windkraftanlagen und 30 GW installierter Leistung an offshore Windkraftanlagen.
Für die jährliche Stromerzeugung werden folgende Volllaststundenzahlen zugrunde gelegt: Photovoltaik 940, onshore Windkraftanlagen 1600 und offshore Windkraftanlagen 3900. Es errechnet sich dann eine Jahresstromerzeugung von 1191 TWh. Mit welchem Jahresgang im Stromverbrauch ist zu rechnen? Da im Jahr 2015 fast kein Strom gespeichert wurde, kann man die Stromerzeugung auch als Maß für den Stromverbrauch nehmen. [3.3.2.4e] Hochgerechnet auf einen Stromverbrauch von 1191 TWh und unter Berücksichtigung der monatlichen Stromerzeugung nach dem oben genannten Modell ergibt sich der folgende Jahresgang:
Grafik
Monatlicher Saldo der Stromerzeugung und des Stromverbrauchs im 1191 TWh-Modell
Ab April ist die Stromerzeugung höher als der monatliche Stromverbrauch. Der Stromüberschuss steigt dann bis auf fast 55 TWh im Juni an. Von Oktober bis März wird weniger Strom als benötigt produziert. Das bedeutet, dass ab April ein Stromüberschuss gespeichert werden sollte, der dann in den Monaten mit zu geringer Stromproduktion die Stromversorgung ergänzt. Summiert man die Überproduktion in den Monaten April bis September auf, so ergibt sich als Speicherbedarf eine Summe von 220 TWh. Zusätzlich sollte man noch eine Reserve von 10 Tagesverbräuchen im März einrechnen (33 TWh) falls in dem Moment, in dem die Großspeicher leer sind, eine Wind- und Sonnenflaute eintritt. Als „saisonaler Speicher“ für diese Strommenge bieten sich technologisch das „Power to Gas“ – Verfahren mit dem bereits vorhandenen Gasnetz und vielleicht auch die Druckluftkavernenspeicherung an. Die Redox-Flow-Batterie sollte dabei nicht vergessen werden: Speicherverlust p.a. 2%, Strom-zu-Strom 85%, mittlerweile auf Polymerbasis ohne Rohstoffsorgen herstellbar (www.jenabatteries.com), preislich mit ca. 800 €/kWh Kapazität noch zu teuer, aber nahezu unbegrenzte Zyklenzahl und daher den beiden genannten Technologien insgesamt klar überlegen. Der „Strom zu Strom“-Wirkungsgrad einer Druckluftkavernenspeicherung wird heute mit 75% bis 80% angegeben. Ernsthaft? Aber sicher nur mit externer Wärmezufuhr bei Leistungsabruf. Ist das dabei eingerechnet?
Beim „Power to Gas“ – Verfahren mit 30% bis 45% abgeschätzt [3.3.2.4f]. wegen des angeblich doppelt so hohen Wirkungsgrads ist dieser Technologie die Druckluftkavernenspeicherung vorzuziehen? Insbesondere in Salzkavernen kann in Druckluft oder Wasserstoff umgewandelter überschüssiger Wind- und Solarstrom gespeichert werden. Solche Kavernen werden in Deutschland bereits seit Jahrzehnten zur Speicherung von Erdöl und Erdgas genutzt. Für die Speicherung von Gasen unter Druck besitzen sie den Vorteil einer hohen mechanischen und chemischen Stabilität und Dichtheit. Sie lassen sie sich schnell und flexibel befüllen und entleeren und es muss relativ wenig Gas permanent im Speicher verbleiben, um den Druck aufrecht zu erhalten. In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Verbundforschungsprojekt InSpEE (Informationssystem Salzstrukturen – Planungsgrundlagen, Auswahlkriterien und Potenzialabschätzung für die Errichtung von Salzkavernen zur Speicherung von Erneuerbaren Energien) wurde vorhandenes geologisches Datenmaterial über den norddeutschen Untergrund systematisch ausgewertet. [3.3.2.4g] Aufgrund der geologischen Verhältnisse in Deutschland sind als Kavernen nutzbare Salzvorkommen hauptsächlich in Nord- und Mitteldeutschland vorhanden. Im Süden Deutschlands gibt es nur sehr vereinzelte Salzvorkommen mit geringen Mächtigkeiten, die zudem einen hohen Anteil nicht löslicher Bestandteile aufweisen. Damit eignen sie sich nur schlecht für ein Ausspülen im Salz zum Anlegen einer Kaverne. [3.3.2.4h] Das Gutachten „Szenarien zur Energieversorgung in Niedersachsen im Jahr 2050“ des „Runden Tisches Energiewende Niedersachsen“ schätzt allein für Niedersachsen das Potential für die Speicherung in unterirdischen Kavernenspeichern auf 350 TWh.[3.3.2.4i] Im Sinne einer dezentralen und verbrauchsnahen Stromversorgung und eines möglichst geringen Ausbaus des Übertragungsstromnetzes wäre es sinnvoll, im süddeutschen Raum die „Power to Gas“-Technologie in Verbindung mit dem vorhandenen Gasnetz als saisonalen Speicher zu verwenden. Geht man von einem durchschnittlichen Wirkungsgrad der saisonalen Stromspeicherung von 65% Prozent aus, so müssen 35% bzw. 89 TWh der im saisonalen Speicher gespeicherten Strommenge als Verlustausgleich zusätzlich erzeugt werden.
3.3.2.5. Stromspeicherverluste der Infrastrukturspeicher
Bei Infrastrukturspeichern auf Redox Flow Basis geht man von einem Gesamtwirkungsgrad von 90% aus (leider nur 85%, soweit ich weiß.) Bei der Zuordnung von Speicherkapazitäten gehen wir mangels Erfahrung von einer Annahme aus. In Deutschland existieren laut BnetzA ca. 600.000 Trafostationen welche also die Mittelspannung, meist 20 kV in die für uns in der Regel brauchbare Niederspannung 240/400 V transformieren.
Speicherte man an jedem Trafo 1 MWh/Tag erhielte man x 5 Tage = 5 MWh x 600.000 = 3 TWh. 1 MWh Überschussspeicherung aus PV am Vormittag 0,4 MWh, am Nachmittag z. B. 70% und Überschussspeicherung aus Wind 100% bei Nacht wären 2,1 MWh…
Dann würden pro Jahr wohl eher 400 MWh oder 600 MWh pro Standort ein- und ausgespeichert…
Warum 5 Tage?
Jegliche Vorausberechnung halte ich für am Ende nutzlos. Klüger wäre es, mit einer Tageskapazität zu beginnen und dann die Speicher regelmäßig jährlich zu vergrößern um die Effekte zu dokumentieren. Schlicht weil es in der realen Umsetzbarkeit sowieso nicht so schnell geht.
Die Annahme das jeder Trafostation ein Speicher zugeordnet wird ist natürlich nur ein Modellhafte Betrachtung.
Bitte beachten: Bei Trafostationen und auch Umspannwerken empfiehlt sich dringend ein gemischtes System aus Redox-Flow für die Kapazität und Li-Ion für die Leistungsbereitstellung sowie der Einsatz von Superkondensatoren.
Ein Speicherverlust von 0,3 TWh bedeutet, dass in einem Jahr in einem Infrastrukturspeicher von 1 MWh nur 5 MWh ein- und ausgespeichert werden (Erzeugungs- und Lastspitzen). Lohnt dafür der Aufwand? Eine Notversorgung könnte auch mit Notstromaggregaten und P2G-Kraftstoff erfolgen.
Damit summiert sich der zusätzliche Energiebedarf durch Stromleitungsverluste, die Speicherverluste für Haushalte, Wirtschaft, Verwaltung, Infrastruktur und der Mobilität sowie durch einen zusätzlichen Energieaufwand für die saisonale Speicherung auf 211 + x TWh und der gesamte deutsche Stromverbrauch nach der Energiewende wird auf 1183 + x TWh geschätzt:
Strom [TWh] Wärme [TWh] Stromleitungen:
49 0
Mobilität:
55 0
Private Haushalte 5
Wirtschaft und Verwaltung: 13
Infrastrukturspeicher: 0,3
saisonale Speicherung: 89
Summe: 211 + x 48
Tab.: Zusätzlicher Bedarf an Strom und Wärme durch Leitungs- und Speicherverluste
3.3. Rohstoffverfügbarkeit für die Wärme- und Stromspeicherung
3.3.1 Rohstoffverfügbarkeit für die Wärmespeicherung
Wie in Kapitel 1.4.1 erläutert wurde können für die Wärmespeicherung je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Technologien eingesetzt werden. Hierbei werden industrielle Standardprodukte und -werkstoffe aus den verschiedensten Rohstoffen eingesetzt. Eine Rohstoffknappheit für den Bereich der Wärmespeicherung ist nicht zu erwarten.
3.3.2. Rohstoffverfügbarkeit für die Stromspeicherung
Wie in den Kapiteln oben erläutert wurde, entsteht durch die fast ausschließliche Stromerzeugung mit Sonne und Wind, in allen Verbrauchsbereichen ein hoher Bedarf an Stromspeicherkapazitäten.
3.3.2.1. Stromspeicher im Bereich Mobilität
Mit den Zulassungszahlen des Kraftfahrt-Bundesamtes vom 01. Januar 2016 für PKW, Krafträder, Busse, Nutzfahrzeuge und sonstige KFZ (z.B. Traktoren oder Baumaschinen) bzw. vom 01. Januar 2015 für die verschiedenen LKW-Klassen [3.3.2.1a] kann man das für alltagstaugliche Fahrzeugreichweiten notwendige Fahrzeugspeichergesamtvolumen zu ca. 6,5 TWh abschätzen. [3.3.2.1b] Allerdings kann dies nur eine grobe Schätzung sein, da sich zum Beispiel die Reichweitenerfordernisse durch den Einsatz der Oberleitungstechnologie im Bereich der Busse oder LKWs oder auch die einzelnen Zulassungszahlen in Zukunft deutlich verändern können. Der weltweite Fahrzeugbestand ist mit 1,1 Milliarden Kraftfahrzeugen [3.3.2.1c] ca. zwanzigmal so hoch. Legt man ähnliche Reichweiten der Fahrzeuge wie in Deutschland zu Grunde, bedeutet das einen Speicherbedarf von 130 TWh. Als Fahrzeugbatterien bieten sich aus heutiger Sicht Lithium-Ionen-Akkus aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte an. Insbesondere auch deswegen, weil Forschungsergebnisse vermuten lassen, dass sich die Speicherkapazitäten durch die Verwendung anderer Anodenwerkstoffe im Akku noch deutlich steigern lassen [3.3.2.1d] Auf der anderen Seite wurden im Jahr 2012 die Lithiumrohstoffreserven – das heißt die Menge an Lithium, die heute technisch und ökonomisch abbaubar ist – auf 13 Millionen Tonnen geschätzt. [3.3.2.1e] Bei einem Anteil von 80g Lithium pro kWh-Speicherkapazität aus [3.3.2.1f] ließen sich Akkus mit einer gesamten Speichermenge von 160 TWh herstellen. Auch wenn die Ressourcen an Lithium, also die Menge des in der Natur vorkommenden Rohstoffes, die – heute oder in Zukunft – gewonnen werden könnten, vom geologischen Dienst der USA im Jahr 2012 auf 34 Millionen Tonnen geschätzt wurden [3.3.2.1e] ist eine Rohstoffknappheit an Lithium zu erwarten. Denn Lithium findet nicht nur in Fahrzeug-Akkus, sondern auch in vielen anderen industriellen Produkten und in der PharmazieAnwendung. [3.3.2.1g]
Allerdings ist die Magnesium-Ionen-Batterie ist bereits auf dem Weg.
Schwer abzuschätzen ist, inwieweit sich zukünftig der Personen- und Güterverkehr auf die Schiene verlagern und die Fahrzeugzahlen sinken werden. Ohne massive politische Einflussnahme zumindest gar nicht. Der Anteil des elektrischen Schienenverkehrs am Energiebedarf im Verkehrssektor ist mit 1,6 Prozent im Jahr 2014 noch sehr gering. [3.3.2.1h] Insbesondere im Bereich der Transporte mit 40-Tonnen-Sattelzügen verbrauchen Bahn und Schiff weniger als die Hälfte der Energie. [3.3.2.1i] Im Gegensatz zu den Fahrzeugspeichern könnten für ortsgebundene Stromspeicher wie zum Beispiel für Stromtankstellen auch andere Batteriespeicher (zum Beispiel Redox-Flow- oder Natrium-Schwefel-Stromspeicher) eingesetzt werden. Für diese ist keine Rohstoffknappheit zu erwarten.
3.3.2.2. Stromspeicher im Bereich Private Haushalte
Es wurde abgeschätzt, dass die privaten Haushalte – im Jahr 2014 waren es 40,2 Millionen [3.3.2.2a] – zukünftig im Jahr etwa 102 TWh Strom verbrauchen werden. Das entspricht einem durchschnittlichen Tagesverbrauch 0,28 TWh. Legt man die Größe eines Haushalts- oder Quartiersspeicher auf einen durchschnittlichen 5-Tages-Verbrauch aus, so berechnet sich die Gesamtspeichermenge auf 1,4 TWh. Aber private Haushalte werden ihre elektrischen Kraftfahrzeuge zumindest teilweise auch mit selbsterzeugten Strom laden wollen. Im Jahr 2014 wurden im motorisierten Individualverkehr 939 Milliarden km zurückgelegt. [3.3.2.2a] Legt man einen durchschnittlichen Verbrauch von 15 kWh pro 100km zu Grunde, so entspricht dies einem Jahresverbrauch 140 TWh bzw. durchschnittlich 0,38 TWh pro Tag. Soll der Haus- oder Quartiersspeicher auch hier einen 5-Tages-Verbrauch abdecken können, so erhöht sich die gesamte Speichergröße um 1,9 TWh auf insgesamt 3,3 TWh. Bei 40,2 Millionen Haushalten wäre das eine Speichergröße von 84 kWh pro Haushalt. Die heute angebotenen Haushaltsstromspeicher sind in aller Regel Stromspeicher mit Lithium-Ionen-Technologie. Im Gegensatz zu Fahrzeugspeichern können aber in privaten Haushalten oder bei Quartiersspeichern auch andere Speichertechnologien wie Redox-Flow-Batterien oder Druckluftspeicher eingesetzt werden. Dies ist auch wahrscheinlich, da die weltweit zurzeit verfügbaren Lithium-Ressourcen begrenzt sind und der Bedarf für Fahrzeugspeicher und andere Akkumulatoren diese vermutlich im Wesentlichen verbrauchen wird (siehe Kapitel 3.3.2.1).
3.3.2.3. Stromspeicher im Bereich Industrie und Verwaltung
Für den Bereich Industrie und Verwaltung wird der zukünftige Jahresstromverbrauch inklusive der Verluste auf 383 TWh geschätzt. Geht man für die Speichergröße auch hier von einem 5-Tagesverbrauch als Zielgröße aus, ergibt sich ein Speichervolumen von ca. 5,6 TWh. Hinzu kommen noch Speicher für das Laden der gewerbsmäßigen Fahrzeug-Flotten und des schienengebundenen Personen- und Güterverkehrs. Der jährliche Verbrauch ergibt sich aus der Differenz des Verbrauchs des Verkehrsbereiches minus dem motorisierten Individualverkehrs zu 159 TWh. der durchschnittliche Tagesverbrauch beträgt dann ca. 0,44 TWh. Legt man als Speicherbedarf einen durchschnittlichen 3-Tagesverbrauch zu Grunde erhöht sich der gesamte Speicherbedarf im Bereich Industrie und Verwaltung um 1,3 auf insgesamt 6,9 TWh. Als Speichertechnologien kommen aus heutiger Sicht auch hier wegen der Ressourcenknappheit von Lithium vor allem Redox-Flow, Druckluft oder NaS-Batteriespeicher in Frage.
3.3.2.4. Stromspeicher im Bereich Infrastruktur
Relation zu den Speichern im Bereich „Private Haushalte“ und „Industrie und Verwaltung“?!
https://de.wikipedia.org/wiki/Transformatorenstation
Infrastrukturspeicher = 3.000 GWh Speicherkapazität
Speicher 600.000 x 1 MWh/Tag x 5 Tage = 5 MWh
Für diese Speicher sind aus heutiger Sicht nicht nur Redox-Flow Systeme geeignet. Im enera-Projekt ist z. B. eine NaS-Batterie mit 3MWh geplant.
Die Entwicklung ist jedoch noch nicht abgeschlossen. Die Energiedichte von Redox-Flow Systemen ist noch zu gering.
Es steht also eine Speicherkapazität von 4.320 GWh elektrisch gespeicherter Energie zur Verfügung. Damit kann die öffentliche Versorgung der Bevölkerung mit Elektroenergie für einen Zeitraum von 5 Tagen abgesichert werden. Gleichzeitig sind diese Speicher großflächig verteilt, also dezentral angeordnet. Diese Tatsache verhindert oder erschwert einen Zusammenbruch der Versorgung mit Elektroenergie.
Technologien: Redox-Flow, NaS-Batterien (z. Zt. auch Lithium-Ionen)
3.3.2.5. Saisonale Stromspeicher
Im Kapitel 3.3.2.4 wurde bereits auf die Technologien für die saisonale Speicherung des in den Monaten April bis September überschüssig erzeugten PV-Stroms eingegangen. Das Gasnetz als Speicher ist bereits in reichlichem Volumen vorhanden und es können auch ausreichend viele Kavernen für die Druckluftspeicherung ausgespült werden. Allerdings muss noch eine erhebliche Kraftwerkskapazität aufgebaut werden. Geht man von einem jährlichen Strombedarf von 1.191 TWh aus, so bedeutet dies einen Tagesverbrauch von ca. 3,3 TWh. Ein kleiner Teil des Stroms kann durch die gesicherte Leistung von Laufwasserkraftwerken oder Gruben- und Deponiegas erzeugt werden. Sind im Extremfall jedoch die in den Kapiteln oben beschriebenen Alltagsstromspeicher leer, so muss von den Generatoren der saisonalen Speicher eine Spitzenleistung von ca. 163 GW zur Verfügung gestellt werden. [3.3.2.5a] Mit Stand vom 10. Mai 2016 weist die Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur bereits heute eine fossile Kraftwerksleistung und damit eine Generatorenleistung von ca. 107 GW aus. Durch eine Erhöhung der Generatorenleistung um ca. 56 GW ist nicht mit einer Rohstoffknappheit zu rechnen.
Literaturverzeichnis und Anmerkungen:
3 Die Welt einer nachhaltigen Energieversorgung
[3a]
Dachintegrierte Photovoltaik – Indach-Anlagen und Solarziegel:
http://www.photovoltaiksolarstrom.de/photovoltaiklexikon/dachintegrierte-photovoltaik
Die Zukunft ist leicht: Organische Solarfolien von Heliatek:
[3a]
Die energetische Selbstversorgung einer Wohnsiedlung wird zum Beispiel im Forschungsprojekt „Plusenergiesiedlung Ludmilla-Wohnpark Landshut“ untersucht:
Dass auch in mehrstöckigen Wohngebäude ein Stromüberschuss erzielt werden kann, demonstriert der für sein nachhaltiges Bauen bekannte Architekt Karl Viridèn an diesem Beispiel:
[3c]
Fernwärme in der Zukunft: Hamurg Institut: FERNWÄRME 3.0 Strategien für eine zukunftsorientierte Fernwärmepolitik, 19.02.2015
[3d]
RWE verknüpft Solarstrom mit Elektromobilität:
[3e]
Siehe zum Beispiel:
https://de.chargemap.com/points/details/parkhaus-elisenhof
Die passende Ladestation für Parkhaus und Parkplatz:
[3f]
Zum Beispiel: Kostenlos Ökostrom im KÖWE tanken.
http://www.koewe.de/allgemeine-info/parken/
[3g]
Als Beispiel: A1 Autobahnraststätte Kölliken Nord in Kölliken:
http://www.goingelectric.de/stromtankstellen/Schweiz/Koelliken/A1-Autobahnraststaette-Koelliken-Nord-A1-Autobahnraststaette-Koelliken-Nord/1442/
[3g]
Erklärung Infrastrukturspeicher:
3.1 Wärme und Strom in der Zukunft
[3.1a]
Siehe Energiedaten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Tab. 6, 7 und 7a; Stand 12.01.2016:
[3.1b]
Studie „Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050“ des Umweltbundesamtes (2014), Seite 85, Tabelle B-11,
https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/378/publikationen/07_2014_climate_change_dt.pdf
[3.1c]
Umweltbundesamt: „Energieverbrauch nach Energieträgern, Sektoren und Anwendungen“;
[3.1d]
http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2015/th2015.pdf, Seite 50
[3.1e]
http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-10194/#/gallery/14554
3.2. Verluste der Wärmeleitung und -speicherung
[3.2a]
Fraunhofer ISE: „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, Fassung vom 25.12.2015, Seite 72, Abbildung 60
3.3. Verluste der Stromleitung und -speicherung
3.3.1 Stromleitungsverluste
[3.3.1a]
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Zahlen und Fakten – Stromaufkommen und -verbrauch
http://www.bmwi.de/DE/Themen/Energie/Strommarkt-der-Zukunft/zahlen-fakten.html
[3.3.1b]
http://suedlink.tennet.eu/technologie/hochspannungs-gleichstrom-uebertragung.html
[3.3.1c]
http://www.iass-potsdam.de/de/content/supraleitung
[3.3.1d]
Die Bundesnetzagentur geht im Entwurf des Szenariorahmen 2030 in Tabelle 9 von Verlusten zwischen 30 -50 TWh in den Jahren 2030/2035 aus. Allerdings wird dabei in den Szenarien laut Tabelle 10 von einem Nettostromverbrauch von 490-523 TWh ausgegangen. Dies wären Übertragungsverluste zwischen 6% und 10%. Dabei unterstellt die Bundesnetzagentur, dass die Netzverluste durch die weitergehende Integration der EE und hohen Transportaufgaben die Netzverluste bis 2030 bzw. 2035 steigen.
http://data.netzausbau.de/2030/Szenariorahmen_2030_Entwurf.pdf
[3.3.1e]
VDE Studie „der Zellulare Ansatz“
https://d2230clyyaue6l.cloudfront.net/wp-content/uploads/VDE_ST_ETG_GANN_web.pdf
[3.3.1f]
„VDE-Studie zeigt, wie Stromnetzausbau reduziert werden kann“
https://www.vde.com/de/verband/pressecenter/pressemeldungen/fach-und-wirtschaftspresse/2015/seiten/38-15.aspx
und
„Zahlen, Daten, Fakten zur Energiewende“, MdB Göppel, Folie 53 und 54
3.3.2 Verluste bei der Stromspeicherung
3.3.2.1 Stromspeicherverluste im Verkehrsbereich
[3.3.2.1a]
Siehe Energiedaten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Tab. 6a, Stand 05.04.2016:
[3.3.2.1b]
Fraunhofer ISE: „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, Fassung vom 25.12.2015, Seite 72, Abbildung 60
[3.3.2.1c]
„Verbrauch, Ladeverlust und Wirkungsgrad im E-Auto“
http://e-auto.tv/verbrauch-ladeverlust-und-wirkungsgrad-im-e-auto.html
3.3.2.2 Stromspeicherverluste der privaten Haushalte
[3.3.2.2.a]
https://www.bdew.de/internet.nsf/id/DE_Standartlastprofile und
https://de.wikipedia.org/wiki/Standardlastprofil
[3.3.2.2b]
NEW Netz GmbH 2015:
https://www.new-netz-gmbh.de/downloadcenter/
Beispiel eines täglichen Standardlastprofils in KW eines privaten Haushaltes auf Viertelstundenbasis im Wochentag- und Jahreszeitenvergleich, 2015, Lastprofil H0
https://www.new-netz-gmbh.de/fileadmin/new-netz-gmbh_de/Lastprofil_Haushalt.xls
oder auch Umweltbundesamt, Climate Change 14/2013: „Modellierung einer vollständig auf erneuerbaren Energien basierenden Stromerzeugung im Jahr 2050 in autarken, dezentralen Strukturen“, Seite 8 Abbildung 2
[3.3.2.2c]
Siehe das Agorameter zum Beispiel für den 08. und 09.06.2016 mit den historischen deutschen Stromerzeugungsdaten,
https://www.agora-energiewende.de/de/themen/-agothem-/Produkt/produkt/76/Agorameter/
[3.3.2.2d]
NEW Netz GmbH 2015:
https://www.new-netz-gmbh.de/downloadcenter/
Beispiel eines täglichen Standardlastprofils in KW eines privaten Haushaltes auf Viertelstundenbasis im Wochentag- und Jahreszeitenvergleich, 2015, Lastprofil H0
https://www.new-netz-gmbh.de/fileadmin/new-netz-gmbh_de/Lastprofil_Haushalt.xls
[3.3.2.2e]
Fraunhofer ISE: „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, Fassung vom 25.12.2015, Seite 72, Abbildung 60
3.3.2.3 Stromspeicherverluste von Industrie und Verwaltung
[3.3.2.3a]
NEW Netz GmbH 2015:
https://www.new-netz-gmbh.de/downloadcenter/
Beispiel eines täglichen Standardlastprofils in kW für Gewerbe allgemein auf Viertelstundenbasis im Wochentag- und Jahreszeitenvergleich, 2015, Lastprofil G0 –
https://www.new-netz-gmbh.de/fileadmin/new-netz-gmbh_de/Lastprofile_Gewerbe.xls
[3.3.2.3b]
NEW Netz GmbH 2015:
https://www.new-netz-gmbh.de/downloadcenter/
Beispiel eines täglichen Standardlastprofils in kW für Gewerbe 8.00 – 18.00 Uhr auf Viertelstundenbasis im Wochentag- und Jahreszeitenvergleich, 2015, Lastprofil G1
https://www.new-netz-gmbh.de/fileadmin/new-netz-gmbh_de/Lastprofile_Gewerbe.xls
3.3.2.4 Stromspeicherverluste durch die saisonale Speicherung
[3.3.2.4a]
Potsdam-Institut für Klimaforschung: Sonnenscheindauer
https://www.pik-potsdam.de/services/klima-wetter-potsdam/klimazeitreihen/sonnenscheindauer
[3.3.2.4b]
Aus dem IWR-Windertragsindex Küstengebiete 2010-2014 und IWR-Windertragsindex Binnenland 2010-2014 als prozentuale Veränderung gegenüber dem monatlichen Jahresdurchschnitt berechnet:
http://www.iwr.de/wind/wind/windindex/index15_5jahre.htm
[3.3.2.4c]
Fraunhofer ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland Fassung vom 22.4.2016, Seite 38
https://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/veroeffentlichungen-pdf-dateien/studien-und-konzeptpapiere/aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-in-deutschland.pdf
(aus Bruno Burger, Stromerzeugung aus Solar- und Windenergie im Jahr 2014,
http://www.ise.fraunhofer.de/de/daten-zu-erneuerbaren-energien
Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE)
[3.3.2.4d]
Berechnet mit folgenden Volllaststundenzahlen:
Photovoltaik. 940 siehe
Seite 44 onshore Windkraftanlagen: 1600 siehe
http://windmonitor.iwes.fraunhofer.de/windmonitor_de/3_Onshore/5_betriebsergebnisse/1_volllaststunden/
offshore Windkraftanlagen: 3900 siehe
[3.3.2.4e]
Bundesverband der Deutschen Energie- und Wasserwirtschaft: Monatliche Stromerzeugung in Deutschland 2015
Die Monatswerte wurden auf einen Stromverbrauch von 1285 TWh linear hochgerechnet.
[3.3.2.4f]
https://www.wbu.de/pdf/positionen/2014-07-Wirtschaftsbeirat-Zahlen-Fakten-Strom-2014.PDF; Seite 23
Zur Druckluftkavernenspeicherung siehe das ADELE-Projekt von RWE:
http://www.dlr.de/Portaldata/1/Resources/standorte/stuttgart/Broschuere_ADELE_1_.pdf
Umweltbundesamt: „Integration von Power to Gas/Power to Liquid in den laufenden Transformationsprozess“, März 2016, Abbildung 4, Seite 14
http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/376/publikationen/integration_von_power_to_gaspower_to_liquid_in_den_laufenden_transformationsprozess_web_0.pdf
oder auch ein Wirkungsgrad von 70 Prozent in Fraunhofer ISE: „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, Fassung vom 25.12.2015, Seite 72, Abbildung 60
[3.3.2.4g]
Pressemitteilung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) vom 25.04.2016:
Energiespeicher – Forschungsinitiative der Bundesregierung: „Potenzial von Kavernen vorhersagen“:
http://forschung-energiespeicher.info/wind-zu-wasserstoff/projektliste/projekt-einzelansicht/74/Potenzial_von_Kavernen_vorhersagen/
Die Ergebnisse des Forschungsprojektes „InSpEE“ können im Geoviewer der BGR unter folgenden Links abgerufen werden:
[3.3.2.4h]
„Verbesserte Integration großer Windstrommengen durch Zwischenspeicherung mittels CAES“ – Wissenschaftliche Studie gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, 02. Februar 2007, Seite 26
http://www.bine.info/fileadmin/content/Publikationen/Projekt-Infos/Zusatzinfos/2007-05_Abschlussbericht.pdf
[3.3.2.4i]
Gutachten des „Runden Tisches Energiewende Niedersachsen“: „Szenarien zur Energieversorgung in Niedersachsen im Jahr 2050“, April 2016-04-25
http://www.umwelt.niedersachsen.de/download/106468
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe – Salzkavernen:
3.3.2.5 Stromspeicherverluste der Infrastrukturspeichern
3.3. Rohstoffverfügbarkeit für die Wärme- und Stromspeicherung
3.3.1. Rohstoffverfügbarkeit für die Wärmespeicherung
3.3.2. Rohstoffverfügbarkeit für die Stromspeicherung
3.3.2.1 Stromspeicherbedarf im Bereich Mobilität
[3.3.2.1a]
Statistik des Kraftfahrt-Bundesamtes:
[3.3.2.1b]
Die Berechnung erfolgte nach den in der folgenden Tabelle zusammengefassten Annahmen und Literaturzahlen:
Anzahl [Mio.] PKW 45,1
Reichweite [km] 600
Verbrauch [kWh/100km] 15 (*)
Speichergröße [kWh] 90
Gesamtspeicher [TWh] 4,06 (*)
LKW (Zulassungszahlen 01.01.2015):
bis 3,5t: 2,176 600 30 (*) 180 0,39
(*)
http://www.dlr.de/Portaldata/1/Resources/portal_news/newsarchiv2010_3/Shell_Lkw_Studie_FIN_17042010.pdf, Seite 24
3,5t bis 7,5: 0,249 500 45 (geschätzt) 225 0,06
7,5t bis 12t: 0,08 500 63 (geschätzt) 315 0,03
12t bis 20t: 0,073 300 88 (*) 264 0,02 (*)
über 20t: 0,123 500 120 (geschätzt nach *) 600 0,07
(*)
https://www.max-boegl.de/informationen/pressemeldungen-ueber-max-boegl/600-01-09-2015-lastauto-omnibus-schwerlast-zugmaschinen-in-zwei-leistungsklassen/file.html
und Verband der Automobilindustrie: „Das Nutzfahrzeug – umweltfreundlich und effizient“
https://www.vda.de/dam/vda/publications/Das%20Nutzfahrzeug/1221663368_de_234327962.pdf, Seite 8
(Zulassungszahlen 01.01.2016):
Zugmaschinen: 2,141 600 130 (geschätzt) 780 1,67
Busse: 0,078 300 120 (*) 360 0,03
(*) http://www.proterra.com/product-tech/product-portfolio/#terravolt
Krafträder: 4,228 200 13 (*) 26 0,11
(*) http://www.zeromotorcycles.com/de/zero-s-specs; ZERO S zf13.0
sonstige KFZ: 0,228 200 120 (*) 240 0,05
Summe: 6,49
[3.3.2.1c]
http://de.statista.com/statistik/daten/studie/244999/umfrage/weltweiter-pkw-und-nutzfahrzeugbestand/
[3.3.2.1d]
http://www.pcwelt.de/news/Durchbruch-Lithium-Ionen-Akku-mit-zehnfacher-Laufzeit-entwickelt-134039.html
https://www.akku.net/magazin/lithium-ionen-akku-zehn-spannende-fakten-zur-herstellung-des-energiespeichers/
[3.3.2.1e]
http://www.quetzal-leipzig.de/lateinamerika/bolivien/interview-mit-robert-sieland-lithium-salar-de-uyuni-bolivien-t1-19093.html
[3.3.2.1f]
https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator
[3.3.2.1g]
http://de.statista.com/statistik/daten/studie/159921/umfrage/verwendungszwecke-von-lithium-auf-dem-weltmarkt/,
2016 oder Karlsruher Institut für Technologie:
Die Problematik der Rohstoffverfügbarkeit am Beispiel von Lithium
von Saskia Ziemann, Marcel Weil und Liselotte Schebek, ITAS, Dezember 2010
https://www.tatup-journal.de/tatup103_ziua10a.php
[3.3.2.1h]
[Energiedaten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Tabelle 6a, Stand 05.04.2016:
[3.3.2.1i]
Umweltbundesamt:
http://www.umweltbundesamt.de/themen/verkehr-laerm/emissionsstandards/binnenschiffe
http://www.value-analyse.de/service/value-news/lithium-das-weisse-gold-der-anden.html
3.3.2.3 Stromspeicher im Bereich Private Haushalte
[3.3.2.2a]
[Energiedaten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Tabelle 1, Stand 05.04.2016:
3.3.2.4. Stromspeicher im Bereich Infrastruktur
3.3.2.5. Saisonale Stromspeicher
[3.3.2.5a]
Die Abschätzung:
Zurzeit beträgt die jährliche Bruttostromerzeugung in Deutschland ca. 600 TWh. Die Spitzenlast betrug im Jahr 2015 82,735 GW (Siehe das Agorameter für den 12.01.2015,
https://www.agora-energiewende.de/de/themen/-agothem-/Produkt/produkt/76/Agorameter/)
Die jährliche Stromerzeugung bei einer nachhaltigen Energieversorgung wurde zu 1191 TWh abgeschätzt. Damit kann in Zukunft von einer jährlichen Spitzenlast von ca. 163 GW ausgegangen werden.
[3.3.2.5b]
http://www.bundesnetzagentur.de/DE/Sachgebiete/ElektrizitaetundGas/Unternehmen_Institutionen/Versorgungssicherheit/Erzeugungskapazitaeten/Kraftwerksliste/kraftwerksliste-node.html
und
http://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Downloads/DE/Sachgebiete/Energie/Unternehmen_Institutionen/Versorgungssicherheit/Erzeugungskapazitaeten/Kraftwerksliste/Kraftwerksliste_2015.xlsx;jsessionid=4E11D160148D3CF2E1C7EEAAABA43EDD?__blob=publicationFile&v=5
Alle Wasserkraftanlagen in Deutschland haben eine installierte Leistung von 4100 MW. Etwa 2500 MW entfallen dabei auf Pumpspeicherwerke und nur 1632 MW auf Laufwasserkraftwerke. Nennenswert ist noch die Erzeugung von Elektroenergie aus Grubengas. In Deutschland – Sommer 2015 – existieren 820 Einzelanlagen mit einer Gesamtleistung von 625 MW. Es steht also eine installierte Leistung von 2,257 GW zur Verfügung. Da auch die Erzeugung Strom aus Laufwasserkraftwerken schwankt wird eine gesicherte Leistung von 1.8 GW, 80 %, zugrunde gelegt. Dazu kommen noch gesicherte Leistungen aus Biogas, Biomasse und KWK Anlagen von 12 GW. Die Spitzenlast in Deutschland beträgt bis zu 82 GW.
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