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Interview | 4.4.2016
Professor Dr. Ulrich Wagner im Interview

„Power-to-heat und thermische Speicher sind top-interessant“

Professor Dr. Ulrich Wagner, wissenschaftlicher Leiter an der Forschungsstelle für Energiewirtschaft, erläutert im Interview, welche Speicheroptionen sich wann am besten eignen.
© FfE

In der Studie Merit Order untersuchten Forscher der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) gemeinsam mit 13 Industriepartnern, wie eine wirtschaftliche Systeminfrastruktur für die zuverlässige Energieversorgung bis 2030 aussehen kann. Professor Dr. Ulrich Wagner, wissenschaftlicher Leiter bei der FfE, spricht im Interview über die Studie. Er erläutert, welche Rolle funktionale Energiespeicher dabei spielen und welche Speicheroptionen sich wann am besten eignen.

forschung-energiespeicher.info: Sie analysierten innerhalb der Merit-Order-Studie (MOS), welche Rolle funktionale Speicher bis 2030 übernehmen werden. Was versteht man unter funktionalen Speichern?
Prof. Dr. Ulrich Wagner: Funktionale Speicher sind alle Komponenten, Geräte und Maßnahmen, die dazu geeignet sind, asynchrone Erzeugung und Bedarf zusammenzubringen. Als erstes denkt man vielleicht an Batteriespeicher, die das sehr gut können. Natürlich geht das auch über größere Anlagen, wie Pumpspeicherkraftwerke, über Druckluftspeicher für Gaskraftwerke, aber auch über Lastverschiebung und Demand-Side-Management. Vor allem der industrielle Bereich  birgt große Potenziale. Power-to-heat nenne ich hier als Stichpunkt. Dazu gehört aber auch als eine neue Funktion, die immer stärker auf den Markt kommen wird: die Elektromobilität. Ladevorgänge lassen sich je nach Bedarf ein- und ausschalten. Die Elektromobilität wird in Zukunft auch in der Lage sein, Leistung in das System zurück zu speisen.

Sie haben für alle Speicheroptionen Merit-Order-Kurven bis zum Jahr 2030 erstellt. Was lässt sich konkret daraus ablesen?
Wagner: Das besondere an unserer Methodik ist die Kombination zum einen einer reinen Technologiebewertung aus den typischen Steckbriefdaten: Was kostet das für den Anwender? Wie sind etwa die Wirkungsgrade, feste Kosten sowie variable Kosten mit einer Nutzeneinschätzung für das System? Wir führten die betriebswirtschaftliche Sichtweise durch und kombinierten diese zum anderen mit dem volkswirtschaftlichen Mehrwert für das System. Denn beide Motivationen können durchaus sehr unterschiedlich sein. Der Betreiber hat ein Interesse, für sich, für sein Haus, für seinen Betrieb etwas zu tun, um Energie und Kosten einzusparen. Das führt aber im Regelfall zu einem ganz anderen Ergebnis, als es für das System optimal wäre.

Insofern ist die Methodik besonders und entsprechend sind auch die Ergebnisse ausgefallen. Ich nenne nur mal ein paar Beispiele: Power-to-heat für industrielle Anwendungen steht ganz oben in der Liste und ist volkswirtschaftlich und betriebswirtschaftlich top-interessant. Das gilt auch für thermische Speicher, beispielsweise in Kombination mit Kraft-Wärme-Kopplung zur zeitlichen Entkopplung von Strom- und Wärmeerzeugung. Pumpspeicherkraftwerke haben einen volkswirtschaftlichen Vorteil, zahlen sich aber im Moment betriebswirtschaftlich nicht aus und sind zur Zeit für den Investor gar nicht spannend. Da sind regulatorische Korrekturen erforderlich.

Und am ganz anderen unteren Ende der Skala, also weder volkswirtschaftlich noch betriebswirtschaftlich interessant, ist zum Beispiel der Batteriespeicher in Kombination mit Photovoltaik im Einfamilienhaus. Denn dieser ist im Regelfall nicht betriebswirtschaftlich motiviert. Es gibt zwar schon die Erwartung, dass man Netzbezug einsparen kann; dann kostet die Kilowattstunde 0,30 Euro und man möchte möglichst viel von dem eigenerzeugten Photovoltaik-Strom in seinem System nutzen, mit Erzeugungskosten von um die 0,10 Euro. Aber die Kosten für Batterien werden aus heutiger Sicht immer noch unterschätzt.

Wirtschaftliche Betrachtung von Energiespeichern

Wann wird es wirtschaftlich interessanter?
Wagner:
Es müsste sich noch sehr viel tun im Bereich der Batteriekosten, damit es wenigstens betriebswirtschaftlich interessant wird. Volkswirtschaftlich ist es dann immer noch nicht furchtbar spannend. Wenn ich mir im Extremfall vorstelle: Jedes Einfamilienhaus hätte so eine autarke Versorgung mit Photovoltaik und Batterie, dann ist das vielleicht aus Energiekostensicht im Gebäude irgendwann einmal interessant, aber nicht aus Systemsicht und auch nicht aus Sicht der maximalen Zuverlässigkeit im System. Wenn jeder für sich selbst optimiert, dann leidet das große Ganze.

Welche Systeminfrastruktur sehen Sie für 2030 und welche Rahmenbedingungen sind kostenmäßig am sinnvollsten für das Versorgungssystem? Können Sie hierzu schon konkrete Angaben machen?
Wagner: Wir können schon sagen, dass wir in der Größenordnung wenige zehn Gigawatt an zusätzlicher Speicherleistung bis 2030 betriebswirtschaftlich interessant in das System integrieren können. Und dann ist auch schnell klar, dass der größere Speicherbedarf erst danach kommt – also in dem Zeitraum 2030 bis 2050. Wir haben zur Zeit einen sogenannten Ausbaukorridor für den Ausbau der Erneuerbaren für die Politik vorgegeben. Damit korreliert auch ganz stark der zukünftige Bedarf an Speichern.

Wobei es ein interessantes Nebenergebnis der Studie war, dass bei dem gegebenen Ausbaukorridor, die erneuerbaren Energien sehr viel schneller zunehmen werden als es im Energiekonzept zugrunde gelegt wurde. Die Onshore-Windenergie hat in Zukunft nicht mehr 2.000 Volllaststunden, sondern es ist eher mit 3.000 Stunden pro Jahr zu rechnen. Das hängt mit höheren Masten und größeren Rotordurchmessern sowie Schwachwindauslegung zusammen. Daher wird es dazu kommen, dass im Jahr 2030 bzw. 2035 nicht 55 Prozent, sondern eher 70 Prozent oder vielleicht sogar noch mehr an erneuerbarer Energien im Stromsystem haben werden.

„Flexibilität und Koordination besser belohnen“

Welche Fördermechanismen wären dann Ihrer Meinung nach sinnvoll, damit sich eine Systeminfrastruktur am Markt durchsetzen kann?
Wagner: Für die Gestaltung des zukünftigen Energiesystems gibt es zwei wichtige Schlagworte: Dazu gehört zum einen die Flexibilisierung – von der haben wir schon viel gesprochen. Und zum anderen gibt es die zunehmende Sektor-Kopplung, wie ich vorhin angedeutet habe. Das bedeutet: Die Verbindung Energie- und Verkehrssysteme müssen viel stärker zusammenwachsen und auch koordiniert werden. Beide Aspekte werden heute noch nicht belohnt oder so gefördert, sodass sie für Akteure wirklich spannend werden, um in Technologie zur Erhöhung der Flexibilität zu investieren. Ich denke, es ist ein ganz wichtiger Hebel, wenn das Flexibilitätspotenzial – etwa von Pumpspeichern und von Power-to-heat – auch gefördert würde. Das muss nicht unbedingt heißen, große Subventionen einzuführen, sondern kann über beispielsweise Umlagen und Abgaben honoriert werden. Aber auch Leistung- Inanspruchnahme könnte höher bepreist werden, denn das verursacht ja tatsächlich die Infrastruktur-Kosten.

Zukunftsmusik von Speichern nach 2030

Wo stehen wir Ihrer Meinung nach in 20 Jahren?
Wagner: Das ist eine sehr spannende Frage, weil die auch ganz eng damit zusammenhängt, wie unser geplanter Netzausbau voranschreiten wird. Auch dort gibt es einen klaren Ausbauplan für den Netzausbau in Deutschland mit einer noch nicht so klaren Perspektive, ob oder wann in welchem Umfang das wirklich realisiert wird. Speicher- und Netzausbau sind zudem innerhalb gewisser Grenzen komplementär. Sie können sich also wechselseitig ersetzen, sodass sie nicht unabhängig voneinander gesehen werden können. Was wir auf jeden Fall brauchen ist ein deutlicher Netzausbau auf der Nord-Süd-Achse. Und wenn der kommt, kann man den zukünftigen Speicherausbau ein bisschen entspannter sehen und in überschaubaren Grenzen halten. Wenn wir beim Netzausbau hinterherhinken, dann werden wir sehr viel mehr tun müssen, nicht nur auf der Speicherseite, sondern auch mit dezentralen Erzeugungsanlagen.

Zudem werden wir in 20 Jahren einen hohen Anteil an Elektrofahrzeugen in unserem System haben. Und wenn wir von einigen Millionen Fahrzeugen reden, also grob geschätzt zwei TWh pro Millionen Fahrzeugen – summiert sich das auf etwa zehn TWh. Das klingt erstmal nicht viel – gemessen an 600 TWh Stromverbrauch heute. Aber es erfordert dann eine ganz deutliche Steigerung beim Leistungsmanagement; speziell auch im Verteilnetz, um die Leistungsspitzen, die durch die Gleichzeitigkeit beim Ladevorgang auftreten werden, zu beherrschen. Das heißt, dass wir auf der Verteilnetzebene ganz sicher weitere Speicherkapazitäten benötigen.

Speicher und Netzausbau wichtig für das System

Warum sind Energiespeicher aus Ihrer Sicht unverzichtbar?
Wagner: Speicher sind absolut unverzichtbar, um temporäre Übererzeugung zu vermeiden. Wenn wir unseren hohen Anspruch, möglichst viel von der Erzeugungskapazität der erneuerbaren Strommenge wirklich ins System zu bringen, da kommen wir um Speicher und den Netzausbau nicht herum. Dafür braucht man kein Energietechnik-Studium: Klar ist, dass wir auch mehr Netze brauchen, um die örtlichen Disparitäten zwischen Windstromerzeugung im Norden und hohen Verbrauchsdichten im Süden auszugleichen. In MOS 2030 haben wir den Bedarf schon errechnen können, was die Speicher angeht. Bei dem Netzausbau sind wir noch dran, mit einer ähnlichen Projektkonstruktion der Forschungsstelle für Energiewirtschaft mit einem Dutzend Partnern aus dem Netzbereich.

Sie sprechen vom Projekt MONA der Forschungsinitiative Zukunftsfähige Netze.
Wagner: Ja genau. Das ist die Schwester von MOS. Im Projekt MONA nehmen wir den Netzausbau in den Fokus – ebenfalls bis zum Jahr 2030 und perspektivisch drüber hinaus. Es ergibt ja keinen Sinn, in 2030 mit dem Nachdenken aufzuhören. Wenn wir den Netzausbau und Speicher in der Hand haben – bei Speichern ist die gesamte Flexibilisierung und Elektromobilität ja schon mit drin –, dann haben wir zwei sehr, sehr mächtige Tools, mit denen man detailliert die Auswirkungen auf das System untersuchen kann.

 

Den Abschlussbericht gibt es hier.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

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Im Interview

Professor Dr. Ulrich Wagner forscht auf den Gebieten der effizienteren Energienutzung in Anlagen und Gebäuden, Elektromobilität, Integration erneuerbarer Energien, energetischen Lebenszyklusanalysen sowie regionale und nationale Energieszenarien.
Nach seinem Studium der Elektrotechnik in Bogotá (Kolumbien) und an der Technischen Universität München (TUM) promovierte er zum Thema „Energieausbeute von Traktionsbatterien" in Elektroautos. Seit 1995 arbeitet Wagner als wissenschaftlicher Leiter der Forschungsstelle Energiewirtschaft, im gleichen Jahr wurde er auch Ordinarius am Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik an der TUM.