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Interview | 27.1.2015
Nachwuchsgruppe ENREKON: Experten im Interview

„Wir vermarkten mit Speichern erneuerbare Energie“

Im Interview sprechen der Wirtschaftsmathematiker Michael Hassler, der ENREKON-Nachwuchsgruppenleiter Dr. Stephan Krohns und der OR-Experte Dr. Jochen Gönsch (v. l. n. r.) über die erlösorientierte Nutzung von Energiespeichern und wie sich das Netz mit ihnen stabilisieren lässt.
© Universität Augsburg/Krohns
Die Grafik zeigt sogenannte Heatmaps zum Zusammenhang zwischen Preis und verkaufter Strommenge (oben) sowie Preis und tatsächlicher Lieferung (unten), jeweils ohne (links) und mit (rechts) Energiespeicher (dunkelrot: sehr häufig bis dunkelblau: sehr selten).
© Universität Augsburg/Hassler

Die Studie „Sell or Store“ zeigt, dass Energiespeicher einen

entscheidenden Beitrag zur wirtschaftlichen Marktintegration der

Erneuerbaren leisten. Dabei spielen Anbindung, Wirkungsgrad oder Größe

eine erstaunlich geringe Rolle. Dr. Stephan Krohns, Leiter der

ENREKON-Nachwuchsgruppe, Operations-Research-Experte Dr. Jochen Gönsch

und Wirtschaftsmathematiker Michael Hassler sprechen im Interview über

die erlösorientierte Nutzung von Energiespeichern und wie sich das Netz

mit ihnen stabilisieren lässt.

forschung-energiespeicher.info: Bau und Betrieb eines Speichers sind nicht günstig. Trotzdem – so eine zentrale Erkenntnis Ihrer Studie – kann sich ein Betreiber von Erneuerbaren-Anlagen durch die Integration eines Stromspeichers besser auf dem Markt behaupten. Wie kommt es dazu?
Dr. Stephan Krohns: Zunächst sei erwähnt, dass Stromspeicher als eine mögliche Flexibilitätsoption bei der Systemintegration von erneuerbaren Energien vielfache Aufgaben, wie z. B. das Verschieben des Stromangebots in Zeiten hohen Bedarfs oder die Stabilisierung von Stromnetzen übernehmen. In unserer Studie betrachten wir gezielt den sogenannten EPEX-SPOT-Intraday-Markt, bei dem der Handel 45 Minuten vor dem 15-minütigen Intervall endet, in dem die Lieferung erfolgt. Dieser Markt hat für die Erneuerbaren zwei Besonderheiten: Erstens erscheint er für Photovoltaik und Windenergie nur bedingt sinnvoll. Hier muss das abgegebene Lieferangebot trotz volatiler Einspeisung eingehalten werden, sonst drohen Strafzahlungen in Form von teuer eingekaufter Regelenergie. Zweitens lassen sich für diese kurzfristigen Lieferungen Preise erzielen, die eine Direktvermarktung interessant machen. Wir sehen somit den Speicher als eine Art Versicherung gegen Stromproduktionsschwankungen. Das ermöglicht die deutlich stärkere Teilnahme am direkten kurzfristigen Stromhandel mit erneuerbaren Energien.

Sie haben anhand des Bürgerwindparks Braderup-Tinningstedt in Norddeutschland ein Szenario zur besseren Vermarktung unter Ausnutzung von Speichern entwickelt. Was kann man sich darunter vorstellen? Wie sieht dieses Szenario aus?
Dr. Jochen Gönsch: In Braderup hat die Firma Bosch einen Bürgerwindpark mit einem Batteriespeicher ergänzt. Das Projekt ist im Prinzip nichts anderes als ein Windpark mit einem großen Akku, der den Windstrom speichert und 40 Haushalte eine Woche lang versorgen kann. Neben der Eigenversorgung wird dort auch die Vermarktung des Stromes angestrebt.
Michael Hassler: Dieses Projekt haben wir zum Anlass genommen, ein Modell zur optimalen Vermarktung von Windstrom, d. h. Verkauf des Stroms an der Börse, bei vorhandenem Energiespeicher aufzustellen.

Welchen ökonomischen Nutzen haben Energiespeicher demnach?
Hassler: Ohne die Möglichkeit zur Zwischenspeicherung muss Windstrom dann verbraucht oder verkauft werden, wenn gerade Wind weht. Deshalb erfolgt die Einspeisung bisher zufällig, was zu Schwankungen und einer damit einhergehenden Belastung des Stromnetzes durch Erzeugungsspitzen führt. Der Speicher veredelt gewissermaßen den Windstrom - er macht ihn planbarer.

Bereits kleine Speicher leisten einen entscheidenen Beitrag

Ihre Studie kommt zu dem Schluss, dass Energiespeicher zwar einen entscheidenden Beitrag zur wirtschaftlichen Vermarktung leisten, jedoch Anbindung und Wirkungsgrad eine geringere Rolle spielen. Woran liegt das?
Krohns: Ab einer gewissen Größe der Leistung und des Energieinhalts des Speichers – ungefähr zehn Prozent von der Nominalleistung der Windenergieanlage – nimmt tatsächlich der Erlöszuwachs bei einer weiteren Vergrößerung des Speichers oder Verbesserung des Netzausbaus deutlich ab. Das liegt daran, dass nur selten die maximale Erzeugungsleistung bereit steht, weil der Wind nicht kontinuierlich stark bläst. Zudem ist es auch eine sehr riskante Strategie hierüber Lieferverträge abzuschließen. Der Verkauf der maximalen Erzeugungsleistung ist in unserem Modell somit nur selten der Fall und beeinflusst dadurch den Gewinn nur geringfügig. Interessanterweise zeigt sich, dass der Wirkungsgrad zwar wichtig ist, aber eine Verbesserung über ca. 70 Prozent hinaus kaum zusätzliche Erlöse erzielt. Besser ist es Wirkungsgrad und Größe kombiniert zu betrachten, da zum Teil mit einem billigen, großen sowie quasi-ineffizienten Stromspeicher höhere Liefermengen vereinbart werden, als mit einem teuren, kleinen Hochleistungsspeicher.

Welche Parameter sind stattdessen ausschlaggebend?
Krohns: Ausschlaggebend sind die Leistung des Speichers, die Kombination aus Speichergröße und Wirkungsgrad und ökonomisch entscheidend sind die Investitionskosten sowie die Lebensdauer. Daher gilt es nun gezielt Speichertypen für diese Szenarien zu analysieren und von der Forschungsseite her zu optimieren.

Was zeichnet die privatwirtschaftlichen, gewinnmaximierenden Märkte und Produzenten elektrischer Energie aus?
Gönsch: Die Vorstellung von Märkten mit gewinnmaximierenden Akteuren ist ein seit vielen Jahrzehnten etablierter Eckpfeiler der Ökonomie. Bietet ein Markt die richtigen Rahmenbedingungen, dann werden die Teilnehmer sich automatisch so verhalten, dass es allen gut geht. Die Herausforderung besteht darin, auf politischer Ebene genau diese Rahmenbedingungen für einen fairen, innovativen Wettbewerb zu schaffen. Die Alternative wäre eine zentralistische, staatliche Regulierung von Preisen und Mengen. Erfahrungsgemäß ist diese leider oft ineffizient und schwerfällig.

Mit Strom aus Energiespeichern an der Börse handeln

Ihr Modell legt die Entscheidungsstrukturen für die zukünftige Menge der Stromlieferung fest. Wonach berechnet sich das?
Hassler: Die Berechnung der Liefermenge berücksichtigt im Wesentlichen zwei Aspekte. Der erste beschreibt die verfügbare Strommenge. Hierzu gehören etwa Wetterprognosen, aber auch der voraussichtliche Füllstand des Speichers zum Lieferzeitpunkt. Der zweite Aspekt berücksichtigt den Marktpreis: Ist es geschickt zum betrachteten Zeitpunkt Strom zu liefern oder sollte ich lieber den Speicher füllen und später – zu einem voraussichtlich höheren Preis – verkaufen?

Lieferzusagen müssen also im Voraus getroffen werden, ohne die genaue Stromproduktion zu kennen. Wie nutzen Energiespeicher dem Betreiber dabei?
Gönsch: Ohne Speicher muss der Betreiber sehr zurückhaltend agieren und kann nur geringe Lieferzusagen machen, da er nie weiß, ob die zugesagte Strommenge später auch tatsächlich zur Verfügung steht. Der Energiespeicher dient als eine Art Versicherung. Ist die Stromproduktion geringer als die Lieferzusage, etwa aufgrund schwachen Windes oder bewölkten Himmels, kann Strom aus dem Speicher das Defizit ausgleichen. Damit ermöglicht der Speicher dem Betreiber, mutiger zu agieren und höhere Lieferzusagen zu machen. Einerseits steigert er so seine Einnahmen aus dem Stromverkauf, andererseits gelangt mehr regenerativer Strom verlässlich in das Netz.

Der Betreiber wird den Speicher so nutzen, dass sein Gewinn maximal wird und gleichzeitig das Netz stabilisiert werden kann. Wann kommt es zu einer solchen Win-win-Situation?
Hassler: In der Vergangenheit war es so, dass Betreiber eine fixe, gesetzlich festgelegte Einspeisevergütung erhielten, egal wann sie den Strom ins Netz einspeisten. Sie lieferten den Strom also dann, wenn gerade die Sonne schien oder der Wind wehte. Dabei war es egal, ob zu diesem Zeitpunkt viel Strom gebraucht wurde oder nicht. Solange nur wenige Anlagen dieser Art am Netz waren, stellte diese zufällige Einspeisung kein Problem dar. Bei dem heutigen Anteil erneuerbarer Energien in der Stromerzeugung führt dies jedoch zu starken Preisschwankungen und Erzeugungsspitzen, die das Netz extrem belasten können.
Gönsch: Heute dagegen versucht die Politik immer stärker, auch die Erneuerbaren in den Markt einzubinden, etwa durch eine Absenkung der Einspeisevergütung. Handelt der Betreiber seinen Strom an einem Markt, wie dem EPEX SPOT Intraday, so wird er Strom vorzugsweise dann verkaufen, wenn der Preis hoch ist. Und in einem funktionierenden Markt – wie wir Betriebswirte sagen – ist der Preis genau dann hoch, wenn das Angebot klein und die Nachfrage groß ist. Wenn der Markt funktioniert, wird der Strom vorzugsweise dann eingespeist, wenn er wirklich benötigt wird. Damit hilft der Betreiber, Preisschwankungen abzumildern. Gleichzeitig wird das Netz entlastet. Dazu muss der Preis allerdings die lokale Netzsituation abbilden. Wenn beispielsweise im Norden der Wind kräftig weht und die Leitungen in den Süden ausgelastet sind, muss der Preis im Norden niedriger sein als im Süden.

Zukünftig maßgeschneiderte Energiespeicher

Welche Rolle übernehmen Ihrer Meinung nach Energiespeicher in einer zukünftigen Stromversorgung?
Krohns:
Im privaten Haushalt in Kombination mit Kleinstanlagen sind die elektrischen Energiespeicher schon heute nicht mehr wegzudenken. Wir sehen aber auch ein großes Potenzial bei mittleren und größeren Anlagen, die marktkonform auftreten sollen oder wollen. Im regionalen Kontext – gerade in Gebieten mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien – könnten Stromspeicher ganz nebenbei auch zur Netzstabilisierung herangezogen werden, falls der rechtliche Rahmen und eine lokale Strompreisgestaltung dies ermöglichen. Der elektrische Energiespeicher ist jedoch noch sehr teuer, aber auch eine der interessantesten Flexibilitätsoptionen für den Energiemarkt, da die Energie in ihrer Form, also als Strom, erhalten bleibt. Wir werden gezielt das Modell verfeinern, um Rückschlüsse auf die Anforderungen an den maßgeschneiderten Energiespeicher treffen zu können. Diese Impulse lassen wir in die Materialforschung für neue Energiespeicher einfließen.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

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