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Innovationsblog neue Ideen | Guide Stupid merkwürdige Sachen dokumentiert | Energiespeicher Bedeutung und Zukunft| Energy Age the big picture (engl.)

Samstag, 31. März 2012

Investitionsvolumen neue Energiespeicher

Sobald die Energieproduktion aus Wind und Sonne den Bedarf übersteigt, ist es sinnvoll, Strom in großem Umfang zu speichern. Mittags, am 28. März 2012 wurde erstmal in Deutschland über die Hälfte des Stroms aus Windkraftwerken und Solaranlagen erzeugt. Innerhalb weniger Jahre wird es völlig normal sein, dass zeitweise deutlich mehr Strom produziert wird als von allen Verbrauchern benötigt wird.
Vermutete Umsätze im Speichermarkt bis 2021 laut Pike Research
Speichervolumen
Das zu erwartende Speichervolumen ist dabei abhängig von den Stromleitungen, eine gute Schätzung ist, dass innerhalb Deutschlands eine Verbesserung des Stromnetzes erfolgt, aber kein perfektes Stromnetz in Europa aufgebaut werden wird. Damit entsteht ein Speicherbedarf von sieben Tagesladungen Strom, das sind 11.000 GWh. Es ist dabei zu beachten, dass die Speicher wohl nie innerhalb von sieben Tagen vollständig entladen werden, jedoch in ungünstigen Zeiten, wenn wochenlang wenig Wind weht und wenig Sonne scheint, die Speicher diese Energiemenge zusätzlich zu den schwachen anderen Stromquellen liefern.

Preise für große Speicher 
Die günstigsten Speicher sind bis heute Pumpspeicherkraftwerke, dort kostet eine Kilowattstunde Speicherkapazität etwa 100 €. Würde man in Zukunft nur auf diese Technik setzen, kosten die Speicher 1100 Milliarden Euro, das ist vergleichbar mit dem sogenannten Rettungsschirm für den Euro, der angeblich 800 Milliarden Volumen hat. Dies ist offensichtlich extrem viel Geld, das nicht in einem Jahr ausgegeben werden wird.
Eine Analyse von Pike Research geht davon aus, dass bereits im Jahr 2020 weltweit mehr als 20 Milliarden $ für große Speicher pro Jahr ausgegeben werden. Nach fünfzig Jahren wären das aber erst die notwendigen Investitionen, die für Deutschland alleine nötig sind (bei konstanten Ausgaben gerechnet).

Mögliche Alternativen
Die Studie von Pike Research verteilt die Ausgaben auf verschiedene Speichertechnologien. Dabei ist anzumerken, dass "Advanced" Lithium oder Flow Batterien noch nicht existieren. Natrium Schwefel Batterien sind nach einem schweren Zwischenfall in Japan etwas in Verruf geraten und mit weit über 100€/kWh auch nicht billiger als Pumpspeicher. CAES bedeutet Compressed Air Energy Storage, auf deutsch Druckluftspeicher, diese sind zwar mit 100€/kWh günstig aber aus physikalischen Gründen liefern sie nur 40% der eingespeicherten Energie zurück.
Bleibt noch der Lageenergiespeicher, der hier nicht erwähnt wird, aber das Potenzial hat, um den Faktor 50 günstiger als ein Pumpspeicherkraftwerk zu sein.

Weltweiter Bedarf
Analysiert man nicht nur den deutschen Markt, sondern den Weltmarkt, dann ergeben sich extrem große Zahlen. Längerfristig wird weltweit ein Wechsel zu Wind- und Solarenergie stattfinden. Nicht, weil es ein CO2 Problem gibt, sondern weil es einfach billiger ist, ein Wind oder Solarkraftwerk aufzubauen. Eine Situation die bereits jetzt an vielen Orten der Welt eingetroffen ist. Damit wird es nötig, eine Speicherkapazität von der gleichen Größenordnung wie in Deutschland aufzubauen, mit den weltweiten Stromverbrauchsdaten aus 2008 ergibt sich damit ein Speicherbedarf von 360 TWh, was bei der Nutzung der preiswertesten verfügbaren Technik, dem Pumpspeicherkraftwerk, auf 36.000 Milliarden Euro führt. Damit ist klar, dass der Markt für die Speicherung von Strom einer der bedeutendsten Märkte der nächsten 30 Jahre wird, der Zeitraum, in dem die globale Energieversorgung auf erneuerbare Energien umgestellt wird. Könnte man den Lageenergiespeicher zum erwarteten Preis von 2€/kWh realisieren, wäre das eine weltweite Einsparung von etwa 35 000 Milliarden Euro!

Samstag, 17. März 2012

Paradoxe Marktsignale

Die Energiewende wird in den nächsten Jahren die bisherigen Energielieferanten, Kohle- und Kernenergie, durch Windkraft und Solarenergie ablösen. Damit werden aber nicht nur die Energiequelle einfach ausgetauscht, sondern auch ein fundamentaler Wandel von gespeichert Energie, die in Strom umgewandelt wird, hin zu zeitlich fluktuierender Energie, die gespeichert werden muss, eingeleitet.
Verlauf der Stromproduktion, Grau: konventionelle Kraftwerke, Grün: Windkraft, Gelb Solarenergie. (Quelle: eex)

Der Tagesverlauf
Im Lauf eines Tages ändert sich der Energieverbrauch merklich, siehe Bild. In der Nacht, gegen drei Uhr ist er am niedrigsten, im Lauf des Vormittags steigt er an um kurz nach 12:00 sein Maximum zu erreichen, ab 20:00 geht der Verbrauch dann wieder deutlich zurück. Dabei gibt es gewisse Unterschiede in den Wochentagen, diese sollen jetzt aber nicht betrachtet werden. Um diesen Tagesverlauf optimal mit Kraftwerken abzubilden, gibt es Grundlastkraftwerke, die immer Strom erzeugen, wie Kernkraftwerke, und Spitzenlastkraftwerke die genau während der Verbrauchsspitzen laufen. Es ist ökonomisch natürlich vorteilhaft, Kraftwerke möglichst viele Stunden in Betrieb zu halten, da dies bei den Spitzenlastkraftwerken nicht geht, ist der Preis dieses Stroms auf dem Markt teurer. Der Verbraucher merkt davon jedoch nichts, da wir eine Art "flatrate" für die kWh haben.
Die Marktsignale
Auf dem Strommarkt ist der Strompreis von der Nachfrage abhängig, hohe Nachfrage hoher Preis. Daher hat man schon vor vielen Jahren begonnen, mit Pumpspeicherkraftwerken diesen Preisunterschied auszunutzen. In der Nacht, wenn der Strom billig war, hat man Wasser hochgepumpt, Mittags, wenn alle die Herdplatte eingeschalten haben, hat man diese Energie zu einem höheren Preis verkauft. Mit der Preisdifferenz hat man den Speicher finanziert.
Heute haben wir jedoch viele Solarzellen auf den Dächern und genau am Mittag, wenn die Menschen die elektrischen Maschinen nutzen, gibt es Strom aus den Solarzellen, der Strompreis steigt nicht an, da die Photovoltaik genau diesen Bedarf deckt. Der Pumpspeicherkraftwerksbetreiber schaut in die "Röhre". Er kann den Strom nicht sinnvoll verkaufen. Sieht man in den Geschäftsbericht der EnBW von 2011, dann wird dort genau über die geringen Einnahmen der Schluchseekraftwerke gejammert.
Irreführendes Signal
Dieses Marktsignal ist jedoch sehr irreführend, da in Zukunft die Situation völlig anders aussehen wird. Wächst  die Photovoltaik weiter, so wird am Tag nicht nur die Verbrauchsspitze abgedeckt, sondern so viel Strom erzeugt, dass andere Kraftwerke abgeschalten werden müssen, da Solarstrom per Gesetzt Vorfahrt hat. Damit verlagert sich der ungedeckte Strombedarf in die Nacht und plötzlich geht die Schere zwischen Angebot und Nachfrage wieder auf.
Für den Investor in Speicherkraftwerke ist das natürliche eine riskante Angelegenheit, sollte aus irgendeinen Grund die Energiewende ins Stocken geraten und kein weiterer Zubau von Solarkraftwerken erfolgen, könnte die Investition eine Fehlinvestition werden.
Große Energieunternehmen haben eine hohe Verantwortung und sind bei solchen Geschäftsmodellen mehr als vorsichtig. Daher sind klare politische Vorgaben für den Ausbau der Erneuerbaren Energien notwendig, da sonst die notwendigen Investitionen in  Speicher nicht getätigt werden.
Mutige Investoren gesucht  
Da aber absehbar ist, dass die Politik mit dem Wechsel auf Erneuerbare Energien ebenfalls überfordert ist, sind mutige Investoren gesucht, die das Problem verstehen und sehen, dass mit Speichern in naher Zukunft viel Geld zu verdienen ist. Genau weil die bisherigen Akteure zu zögerlich sind.
Ähnliches kann man übrigens in vielen Märkten beobachten. Oder kennen Sie ein Zeitungsportal im Internet, das alle Newsmeldungen durchsucht? Nein, das macht die marktfremde Firma Google.

Donnerstag, 1. März 2012

Energieeinheiten uneinheitlich

Wer sich mit der Energieversorgung beschäftigt, der stößt bald auf viele verschiedene Energie-Einheiten, die immer das Gleiche beschreiben. Obwohl eigentlich im Warenverkehr nur das SI-System zulässig ist, hält das die Berichterstattung nicht davon ab, völlig obscure Einheiten zu verwenden.
Beliebte Energieeinheit: das Barrel (Bildquelle: Wikipedia)
Aber zuerst mal die physikalisch übliche Energie-Einheit, das ist das Joule. Mancher der seine Kalorien zählt, hat davon schon gehört. Eine Kalorie ist eigentlich 4,12 Joule, da aber die Kalorienzähler immer Kilokalorien zählen, sind eben 4,12 kJ gleich einer Kilokalorie. Ausserhalb der Physik und der Ernährung ist es aber eine eher seltene Einheit. Oder haben Sie schon mal an der Tankstelle gefragt, wie viel Joule ein Liter Benzin hat? Es sind 30.000 kJ.

Die kWh ist sinnvoll
Eine Kilowattstunde, das ist die Energie, die ein Haarföhn mit 1000 Watt (1 kW) in einer Stunde verbraucht. Oder jedes andere elektrische Gerät, das eine Stunde lange 1000 W Leistung aufnimmt. Etwa ein kräftiger Halogenstrahler oder eine starke Bohrmaschine. Dafür hat man ein gewisses Gefühl, auch deshalb, weil dann auf der Stromrechnung pro kWh abgerechnet wird. Mit den aktuellen Preisen zahlt man etwa 0,23 Euro für eine kWh, was vor allem an den Steuern liegt.
Ein Mensch als Radfahrer kann etwa 200 Watt leisten, das bedeutet, nach einer Radtour von fünf Stunden haben wir eine (mechanische) Leistung von 1 kWh abgegeben und sind vielleicht 100 km weit gekommen.
Danach haben wir kräftig Hunger und müssen mindestens drei kWh essen. Das gelingt mit 500g Mohnschnecken oder was man eben gerne zu sich nimmt. Hat man sich an die kWh gewöhnt, dann kann man die anderen Einheiten leichter verstehen.

Weitere Einheiten
Sehr beliebt bei jeder Energiediskussion ist das Barrel, das ist ein Fass mit 159 Liter Öl. Obwohl es da etwas unterschiedliche Fässer gibt, in denn früher Öl transportiert wurde, hat man sich auf dieses Volumen geeinigt. Öl ist jetzt nicht gleich Öl, Rohöl kommt in sehr unterschiedlichen Zusammensetzungen aus den Quellen, aber als groben Anhaltspunkt halten wir fest, dass in dem Fass 1.600 kWh Energie gespeichert sind. Will man aus dieser Energie im Öl Strom erzeugen, dann gibt es ein Problem, höchstens die Hälfte der Energie wird zu Strom, der Rest ist Abwärme. Kostet so ein Fass 125$ oder etwa 100€, dann kann man berechnen, wie teuer der Strom daraus wäre, es sind 0,12€/kWh.
Obwohl das nach einen niedrigen Preis aussieht, ist das für den Strommarkt viel, aktuell kostet eine kWh auf dem Strommarkt 0,07€/kWh und das liegt daran, dass man immer noch hofft, dass der Ölpreis wieder deutlich absinkt. Nebenbei sei natürlich bemerkt, dass die Stromhändler immer gleich 1.000 kWh verkaufen und das ist dann eine Megawattstunde (MWh). Und die kostet eben 70€ auf dem Strommarkt, mal mehr mal weniger, wie man leicht bei der Strombörse unter eex nachlesen kann.

Und die Solarzellen?
Solarzellen die Strom erzeugen, werden nach ihrer Leistung gemessen. Die Leistung hängt von der Sonneneinstrahlung ab und beträgt bei voller Sonneneinstrahlung auf 6m² Photovoltaik etwa 1.000 Watt was 1 kW ist.
Hält man diese Zellen ein Jahr lang in die Sonne, so liefern diese Zellen bei deutschen Wetterverhältnissen etwa 1.000 kWh oder eben eine MWh Strom ab, da die Sonne 1.000 Stunden scheint. Würde man diesen Strom an der Börse verkaufen, erhält man dafür, wie oben beschrieben, 70€, wenn es keine EEG Sonderzulage gäbe. Nach 20 Jahren sind das immerhin 1400€, womit man unter sehr günstigen Umständen die Solarzellen tatsächlich erwerben kann. Völlig anders sieht es im Süden aus, wo die gleichen Solarzellen 2.500kWh Strom abliefern und nach 20 Jahren immerhin 3.500€ verdienen.  

Alte Einheiten
Früher, als noch Kohle verheizt wurde, war die Grundeinheit für Energie eine Tonne Steinkohle (tSKE). Aus dieser Tonne Kohle kann man durch Verbrennen 8.140 kWh Wärme gewinnen und mit einem Kohlekraftwerk erzeugt man damit 3200 kWh Strom. Diesen kann man für 227€ verkaufen. Da aktuell auf dem Weltmarkt eine Tonne Steinkohle weniger als 100€ kostet, kann man mit Kohlekraftwerken natürlich viel Geld verdienen.
Damit dieser Beitrag nicht zu lange wird, beende ich jetzt die Liste der Energieeinheiten und hoffe die Betrachtung war nützlich.

PS. In diesem Blog sind einige Vereinfachungen vorgenommen, im Detail sind Energiepreise sehr komplex, aber ich habe immer die Einheiten auf Geldbeträge umgerechnet, da dies sehr hilfreich ist.

Hinweis:
Einen guten Rechner für Energieeinheiten findet man bei Volker Quaschning