Systemübergreifende optimale dezentrale Hybridspeicher

Der weitere Ausbau regenerativer Erzeuger ist unumgänglich für die Erreichung der „2020 Ziele“ in Österreich. Bei den auszubauenden regenerativen „Erzeugungstechnologien“ handelt es sich vorwiegend um Windkraft, Photovoltaik, Biomasse und auch Kleinwasserkraft. Diese Technologien sind jedoch gekennzeichnet durch ihre ausgeprägte Volatilität in der Energieaufbringung und ihre nur bedingte Steuerbarkeit. Geringe Volllaststunden bedingen zudem hohe installierte Leistungen, um vergleichbare Energiemengen konventioneller Kraftwerke bereitstellen zu können. Dies führt die bestehenden elektrischen Netze an ihre Leistungsgrenzen. Hieraus folgte die Idee des Forschungsprojekts Symbiose. Im Projekt Symbiose wurde untersucht, ob durch dezentrale Speicher und der Kopplung existierender Energieinfrastrukturen, neue Speicherpotentiale erschlossen werden können, um übergeordnete Netzstrukturen zu entlasten und die massive Einbindung von regenerativen Erzeugungsanlagen im Verteilnetz zu unterstützen. Im Rahmen der Beantwortung dieser zentralen Fragestellung wurden zusätzlich die Auswirkungen auf den Netzbetrieb durch den optimierten Speichereinsatz bestimmt. Basierend auf diesen Aspekten die wurden für die Vervollständigung der Aussagen die erzielbaren Verbesserungspotenziale(CO₂ und Energieimportabhängigkeit) durch eine flächendeckendeAnwendung der regionalen Optimierungsergebnisse ermittelt.

Für die Beantwortung der Fragestellungen wurden zwei Modellregionen ausgewählt (Stadt, Land) und die regenerativen Potentiale der Modellregion bestimmt. Die notwendigen Energienetze, Speicher- und Umwandlungstechnologien wurden in einem linearen Optimierungsmodell abgebildet. Die Anwendung des Optimierungsmodells hatte vier verschiedene Stakeholdersichten (Netzbetreiber-technische Sicht, Haushalt-ökonomische Sicht, Gemeinde-ökonomische Sicht und bezugsminimale Gemeinde/CO₂ optimale Sicht) angesprochen und für diese die ideale Speichergröße, -technologie, -verortung und -bewirtschaftung bestimmt.

Das Forschungsprojekt zeigt, dass die massive Integration von erneuerbaren Erzeugern in Mittel- und Niederspannungsnetze nur mit zusätzlichen Maßnahmen möglich ist. Die Optimierungsergebnisse ergeben, dass in der urbanen Modellregion die Leitungsbelastung und in der ruralen Modellregion die Einhaltung des Spannungsbandes die entscheidende technische Grenze im Netz darstellen. Dementsprechend werden in beiden Regionen Speicher benötigt, um die bestehende Netze sicher betreiben zu können. Dabei sind die Interessen der Netzbetreiber, der Haushalte und der Gemeinde nicht konkurrierend sondern haben positive Effekte für alle Stakeholder. Dies spiegelte sich in einer ähnlichen Dimensionierung der Speicher wieder. In beiden Regionen werden vorwiegend dezentrale Kurzzeitspeicher (Blei-Säure-, Lithium-Ionen-Batterien) eingesetzt. Einzig die Realisierung einer bezugsminimalen Gemeinde bewirkt hier eine stark veränderte Speichergröße, Speicherverteilung und Speicherbewirtschaftung.

Durch koordinierte Regelstrategien (Blindleistungsregelung) von Netzen mit massiven dezentralen Erzeugern kann der dezentrale Speicherbedarf weiter reduziert, aber nicht vollkommen ersetzt werden. Die Kopplung dezentraler paralleler Energiesysteme erhöht die Energieautonomie und den Eigenverbrauchsgrad einer Region stark. Die Abregelung einer relativ geringen Energiemenge des regenerativen Dargebots (ca. 4-5%) in der betrachteten ruralen Modellregion reduziert den Bedarf an dezentralen Speichern sehr deutlich (85-97%).

Wenn die drei Stakeholder Netzbetreiber, Haushalt und Gemeinde hochskaliert auf ganz Österreich betrachtet werden, dann zeigt sich, ein doppelt so großer Leistungspotential der dezentralen Speicher verglichen mit dem reversiblen Pumpspeicherpotential von 4.800 MW [1]. Energetisch benötigen die drei Stakeholder etwa ein Siebtel des reversiblen Pumpspeicherpotentials von 140.000 MWh [1]. Die CO₂ Einsparungen erreichen für diese Szenarien rund 17%. Wenn der bezugsminimale Fall herangezogen wird, ergibt sich Speicherleistungsbedarf der das 27-Fache des reversiblen Potentials beträgt, es lassen sich jedoch CO₂ Einsparungen von 62%, erreichen. Zusätzlich zeigt sich, dass Verbundnetze und zentrale Erzeugungseinheiten immer noch für den saisonalen Ausgleich notwendig sind. Bei der Hochrechnung ist zu beachten, dass sich die Aussagen nur aufgrund der Modellregionen ableiten, Großverbraucher (Stahlindustrie, Papierindustrie, usw.) sowie zentrale Kraftwerke (Lauf- und Speicherkraftwerke) wurden hierbei nicht berücksichtigt.