Durch die Einbindung von fluktuierenden Energiequellen in unser Elektroenergiesystem entstehen wirtschaftliche und technische Herausforderungen, die es zukünftig zu bewältigen gilt. Ein Lösungsbeitrag kann dabei von Energiespeichern erbracht werden, die auf der Seite der Erzeugungskapazitäten (Angebot) sowie der Verbraucher (Nachfrage) eine höhere Flexibilität ermöglichen.
Nach der Vorstellung der grundsätzlich geeigneten Flexibilisierungsoptionen wird in einem Kostenvergleich von Speichertechnologien dargestellt, dass zukünftig verschiedene Energiespeicher mit Energiedurchsatzkosten unter oder bei 10 ct/kWh zur Verfügung stehen könnten. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Konzeption eines untertägigen Pumpspeicherwerks (PSWuT) in stillgelegten Bergwerken unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten.
In der Kostenbetrachtung für ein PSWuT bildet die Bestimmung der Einflussfakto-ren auf die Speicherkosten einen elementaren Bestandteil. Insbesondere sind die Investitionskosten hervorzuheben, die durch einen Bottom-up-Ansatz ermittelt werden, wobei für die Betrachtungen zwei Modellbergwerke als Grundlage dienen. Die Ergebnisse der Analysen zeigen, dass unter den gewählten Annahmen im Ver-gleich zu anderen Speicheralternativen höhere Energiedurchsatzkosten resultieren. Dies ist prinzipiell als Wettbewerbsnachteil einzuordnen, wenn diese die prognostizierten Kostensenkungspotenziale umsetzen werden. Allerdings werden auch für die betrachtete Speichertechnologie des PSWuT mehrere Ansätze für Kostenreduktionen aufgezeigt.
Die Identifizierung und Analyse der Erlösmöglichkeiten zeigt, dass deutliche Unterschiede in den Vermarktungsalternativen des Speicherstroms eines PSWuT bestehen. So ist zum Beispiel der alleinige Handel am Spotmarkt nicht ausreichend, damit die investitionsintensive Anlage sich amortisieren könnte. Der Regelenergiemarkt bietet als Kapazitätsmarkt, bei dem ein Großteil der Erlöse durch die reine Leistungsbereitstellung generiert werden kann, unter Umständen eine interessante Möglichkeit, obgleich die Märkte durch Unsicherheiten eine Investitionsentscheidung erschweren.
Da die Anreize für Investitionen in Speichertechnologien in Deutschland zu gering sein könnten, als dass derartige Projekte alleine durch private Investments getätigt würden, wird eine Analyse zu den aktuell diskutierten Förderkonzepten durchgeführt. Insbesondere eine direkte Förderung des Speicherstroms muss dabei kritisch bewertet werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
2 Herausforderungen durch die Integration der erneuerbaren Energien
3 Energiespeicher – notwendiger Bestandteil eines Elektroenergiesystems
3.1 Möglichkeiten der Flexibilisierung
3.2 Betrachtung ausgewählter Energiespeicher
3.3 Kosten der Energiespeicheroptionen
4 Wirtschaftlichkeitsanalyse eines PSWuT
4.1 Einführende Betrachtungen
4.2 Vorgehensweise
4.3 Investitionskosten eines untertägigen Pumpspeicherwerks
4.3.1 Maßnahmen zur Errichtung des Energiespeichers
4.3.2 Modellbergwerk Grund
4.3.3 Modellbergwerk Pöhla
4.4 Einflussfaktoren auf die Speicherkosten
4.5 Bewertung eines untertägigen Pumpspeicherwerks
4.5.1 Modellbergwerk Grund
4.5.2 Modellbergwerk Pöhla
4.6 Sensitivitätsanalyse
4.7 Vergleich der Modellbergwerke
4.8 Ableitung von Erkenntnissen aus der Kostenbetrachtung
5 Aktuelle Marktsituation und zukünftige Entwicklungen
5.1 Ausnutzung von zeitlichen Preisdifferenzen
5.2 Regelenergiemarkt
5.3 Blindleistungsbereitstellung
5.4 Schwarzstartfähigkeit
5.5 Ein Business Case
6 Fördermöglichkeiten für Energiespeicher
6.1 Status Quo: Forderung nach einer Förderung
6.2 Legitimation staatlicher Eingriffe
6.3 Mögliche Konzepte für höhere Anreize
6.3.1 Abbau von Hemmnissen
6.3.2 Forschungsförderung intensivieren
6.3.3 Speicherstromvergütung analog zur Förderung von erneuerbaren Energien
6.3.4 Kombikraftwerksmodell
6.3.5 Marktprämienmodell
6.3.6 Weitere Ansätze
6.3.7 Bewertung und Empfehlung
7 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die wirtschaftliche Machbarkeit und das Potenzial von untertägigen Pumpspeicherwerken (PSWuT) als Flexibilisierungsoption in einem durch erneuerbare Energien geprägten Stromversorgungssystem, um insbesondere die Herausforderungen der fluktuierenden Einspeisung zu adressieren.
- Wirtschaftlichkeitsanalyse von untertägigen Pumpspeicherwerken (PSWuT)
- Kostenvergleich und Investitionsbewertung anhand von Modellbergwerken
- Analyse von Erlösmöglichkeiten im Strommarkt und Regelenergiemarkt
- Untersuchung von politischen Förderkonzepten für Speichertechnologien
- Bewertung von standortspezifischen Herausforderungen (z.B. Wasserbehandlung)
Auszug aus dem Buch
4.3.1 Maßnahmen zur Errichtung des Energiespeichers
Für die Errichtung eines untertägigen PSW sind Maßnahmen umzusetzen, welche in fünf Kategorien eingeteilt werden können. Die wesentlichen und berücksichtigten Punkte sind im Folgendem zusammengefasst in aller Kürze dargestellt.
Untertagearbeiten / Bergbauliche Maßnahmen
Die mögliche Speicherkapazität wird durch die Größe der Speicherbecken bestimmt, welche neu aufgefahren werden müssen. Um die Fließgeschwindigkeit relativ klein zu halten, wird für das Oberbecken– bzw. Unterbecken ein Streckensystem vorgesehen. Hierfür wird in der wirtschaftlichen Bewertung die Technik des Bohrens und Sprengens inklusive dem Transport zur naheliegenden Halde angesetzt. Der Vorteil in dem vorgesehenen Konzept besteht unter anderem darin, dass sofern keine gebirgstechnischen oder umweltrechtlichen Restriktionen bestehen, eine Vergrößerung der Beckengeometrie möglich ist. Die notwendige Maschinen bzw. Trafokaverne ist ebenso neu zu errichten und möglichst wasserdicht auszuführen. Je nach Zustand der Bergwerke sind etwaige Sanierungen von nachzunutzenden Schächten und Strecken erforderlich. Der Druckschacht, mit Verbindung von Oberbecken zur Maschinenkaverne bzw. von dieser zum Unterbecken, ist neu zu schaffen. Für den oberwasserseitigen Triebwasserweg ist die Installation eines Druckrohres nötig. Insgesamt sind neben dem Druckschacht bis zu drei Schächte notwendig, wobei einer als „Hauptschacht“, ein zweiter als weitere Fluchtmöglichkeit und ein letzter zur Netzanbindung vorgesehen wird. Inwieweit Nachnutzungen von bestehender Infrastruktur unter Tage möglich sind, hängt vom Einzelfall ab. Auch muss bei einem bestehenden Schacht die Abwägung getroffen werden, ob eine etwaige nötige Sanierung und Instandsetzung eine Nachnutzung rechtfertigt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Diese Einleitung beschreibt die durch fluktuierende erneuerbare Energien verursachten Herausforderungen im Stromnetz und definiert untertägige Pumpspeicherwerke als Lösungsbeitrag, deren Wirtschaftlichkeit im weiteren Verlauf analysiert wird.
2 Herausforderungen durch die Integration der erneuerbaren Energien: Dieses Kapitel erläutert den Strukturwandel im deutschen Energiesystem durch den Ausbau erneuerbarer Energien und die damit verbundenen Anforderungen an die Netzstabilität und Versorgungssicherheit.
3 Energiespeicher – notwendiger Bestandteil eines Elektroenergiesystems: Hier werden Flexibilisierungsoptionen sowie verschiedene Speichertechnologien wie Druckluftspeicher und elektrochemische Speicher in ihrem technischen Kontext und Potenzial untersucht.
4 Wirtschaftlichkeitsanalyse eines PSWuT: Dieses zentrale Kapitel führt eine detaillierte Bottom-up-Kostenanalyse für untertägige Pumpspeicherwerke durch und bewertet diese anhand von zwei Modellbergwerken.
5 Aktuelle Marktsituation und zukünftige Entwicklungen: Es werden die verschiedenen Vermarktungswege für Stromspeicher, wie der Spotmarkt und der Regelenergiemarkt, hinsichtlich ihrer Erlöspotenziale diskutiert.
6 Fördermöglichkeiten für Energiespeicher: Dieses Kapitel analysiert den Bedarf an staatlicher Förderung für Speichertechnologien und bewertet kritisch verschiedene Konzepte wie das Kombikraftwerksmodell und das Marktprämienmodell.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und stellt fest, dass untertägige Pumpspeicherwerke zwar attraktive Eigenschaften besitzen, jedoch unter derzeitigen Bedingungen eine wirtschaftliche Herausforderung darstellen.
Schlüsselwörter
Untertägige Pumpspeicherwerke, PSWuT, Energiespeicher, Energiewende, Flexibilisierung, Wirtschaftlichkeitsanalyse, Investitionskosten, Regelenergiemarkt, Stromspeicherung, erneuerbare Energien, Speichertechnologien, Lastmanagement, Netzausbau, Marktprämienmodell, Netzstabilität.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der wirtschaftlichen Analyse von untertägigen Pumpspeicherwerken (PSWuT) als Flexibilisierungslösung für das zukünftige Elektroenergiesystem, das durch einen hohen Anteil volatiler erneuerbarer Energien geprägt ist.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentrale Themen sind die technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen der Energiewende, ein Kostenvergleich verschiedener Speichertechnologien sowie die Analyse von Erlöspotenzialen und politischen Förderkonzepten für Speicheranlagen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die ökonomische Bewertung der neuartigen Technologie des untertägigen Pumpspeicherwerks durch eine detaillierte Kostenanalyse und die Identifizierung möglicher Geschäftsmodelle.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autorin/der Autor nutzt primär einen Bottom-up-Ansatz zur Ermittlung der Investitionskosten für die Modellbergwerke, ergänzt durch eine dynamische Investitionsrechnung zur Bewertung der Energiedurchsatzkosten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil liegt der Fokus auf der Kostenstruktur der Speichererrichtung, der detaillierten Wirtschaftlichkeitsanalyse anhand von zwei Modellstandorten, der Sensitivitätsanalyse verschiedener Variablen sowie der Bewertung von Vermarktungs- und Förderoptionen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie untertägige Pumpspeicherwerke, Wirtschaftlichkeitsanalyse, Flexibilisierung, Energiewende und Regelenergiemarkt charakterisiert.
Warum ist das Projekt Ritten als Fallbeispiel relevant?
Das Projekt Ritten dient als Referenz für ein konkret geplantes, jedoch aufgrund politischer Hindernisse eingestelltes Vorhaben, um die technische und wirtschaftliche Herausforderung der Planung solcher Anlagen zu illustrieren.
Welche Rolle spielt die Wasserbehandlung bei Pöhla?
Die Wasserbehandlung stellt bei Pöhla einen kritischen wirtschaftlichen und ökologischen Faktor dar, da kontaminiertes Grubenwasser aufbereitet werden muss, was die Kostenstruktur im Vergleich zum Standort Grund negativ beeinflusst.
Warum wird der Kombikraftwerksbonus kritisch bewertet?
Die Kritik basiert auf der Komplexität und der "willkürlichen" Technologieauswahl im Modell, welche Ineffizienzen fördern könnte, anstatt einen technologieneutralen Wettbewerb um die effizienteste Speicherlösung zu unterstützen.
Was bedeutet das "Marktprämienmodell" für Speicherbetreiber?
Das Marktprämienmodell bietet Anreize für eine bedarfsgerechte Einspeisung, indem es Stromproduzenten die Möglichkeit zur Eigenvermarktung gibt, wobei die Integration von Speichern zwar indirekt attraktiv werden kann, aber keine direkte Förderung für diese darstellt.
- Arbeit zitieren
- Christoph Neumann (Autor:in), 2011, Ökonomische Analyse von Energiespeichern unter besonderer Berücksichtigung eines untertägigen Pumpspeicherwerks, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/181948
