bisher eingespart mit kleinkraft:

33.300 MWh
16.100 tCO2

Energiespeicher Teil 1

Weltweit gibt es ausreichend nachhaltige Energiequellen um den Energiebedarf der Menschheit abzudeckend. Warum basiert unsere Energiewirtschaft trotzdem noch hauptsächlich auf fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdöl?

Zum einen sind viele erneuerbare Energieträger zeitlich begrenzt verfügbar wie Solarenergie und schlecht planbar wie Windkraft. Um eine möglichst umfassende Versorgung mit nachhaltigen Energieträgern möglich zu machen, ist daher ein Ausgleich auftretender Schwankungen, auf Angebots- und Nachfrageseite, notwendig. Energiespeicher bieten diese Möglichkeit.

Speicher bieten einen Puffer für Störfälle im Netz und erlauben eine Verlagerung des Stromüberschusses, von Zeiten in denen er weniger genutzt wird, zu Hauptbedarfszeiten in den Mittagsstunden. Nicht zuletzt erlauben sie bspw. in Batterieform den mobilen Transport von Energie zu Orten ohne Stromnetzversorgung.

Um Energie als Elektrizität zu speichern, wird diese üblicherweise in andere Energieform z.B. chemische Energie, potentielle Energie, thermische Energie umgewandelt. In einem zweiten Schritt wird sie wieder in den elektrischen Zustand zurückgeführt. Einer der größten Nachteile dabei ist, dass bei jedem dieser Umwandlungsschritt ein Teil der gespeicherten Energie verloren geht. Das Resultat sind schlechte Wirkungsgrade mancher Speichersysteme.

Heutzutage existiert eine Vielzahl von Stromspeichertechnologien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Zum einen liegt dies daran, dass für die jeweiligen Nutzungsbereiche Speicherlösungen mit spezifischen Eigenschaften benötigt werden. Zum anderen befinden sich Speichertechnologien in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. Anhand ihrer Eigenschaften lassen sich Speichersysteme einteilen: (1) Nach der speicherbaren Kapazität, (2) anhand ihres Verwendungszweckes in portabel, mobil und stationär, (3) nach der schnellstmöglichen Entladezeit in Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher und (4) nach der Ladungshäufigkeit in primäre und sekundäre Energiespeicher. Die  gängigste Einteilung basiert auf der für die Umwandlung genutzten technischen Anlage und ist in folgende Gruppen aufgeteilt:

  • Mechanische Energiespeicher: die Speicherung erfolgt in Form von potentieller wie Pumpspeicher und kinetischer Energie wie Druckluftspeicher und Schwungrad)
  • Chemische Energiespeicher sind Speicher, bei denen die Energie durch chemische Umwandlungsprozesse wie Umwandlung in Gas, in flüssige Kraftstoffe oder andere Chemikalien, gespeichert wird;
  • Elektrochemische Energiespeicher: zu diesen zählen Batteriespeicher, die elektrochemische Energie in der Elektrode, wie in dem klassischen Batteriespeicher, oder im Elektrolyt wie in Redox-, Hybrid-Flow-Batteriespeicher, speichern;
  • Elektrische Energiespeicher wie beispielsweise supraleitende magnetische Speicher und Suprakondensatoren;
  • Thermische Energiespeicher: zu diesen gehören sensible Speicher wie Energiespeicherung durch Temperaturzunahme, latente Speicher wie Energiespeicherung basierend auf Temperaturzunahme und Phasenwechsel des Mediums Wärmespeicher sowie thermochemische Speicher basieren auf reversible endotherme Reaktionen;

Aktuell sind Pumpspeicherkraftwerke die wichtigsten Energiespeicher mit weltweit mehr als 90% Marktanteil. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus, gibt es derzeit keine wettbewerbsfähigen Speicheralternativen in derselben Größenordnung.

Speichertechnologien werden auch in Zukunft hohe Aufmerksamkeit erhalten und weitere Investitionen, um technische Entwicklungsschübe auszulösen, sind zu erwarten. Nicht zuletzt um Stromschwankungen und fehlende Leistungskapazitäten auszugleichen (siehe Beitrag Abkoppelung deutscher Energiemarkt). Notwendig ist hierbei das Augenmerk auf die Verbesserung des Wirkungsgrades, die Verlängerung der Lebensdauer, die Steigerung der möglichen Ladezyklen und Speicherdichte sowie auf die Reduktion der Investitionskosten zu legen.

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Quellen und weiterführende Literatur:

Titelbild von Franz Egger (Franz Egger) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Definition und Klassifizierung von Energiespeichern – 2014 (M. Sterner, I. Stadler; Springer-Verlag berlin Heidelberg) In. Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration.

Energie in 60 Minuten. Ein Reiseführer durch die Stromwirtschaft – 2009 (T. Käster und A. Kießling; VS Verlag für Sozialwissenschaften). Kapitel „10 Minuten Netz und Transport“ (S62-72).

Energiespeicher (Energy storage). Hintergrundpapier der VDI-suj Projektgruppe – 2011 (S. Hübner, F. Feldhoff, C. Hofmann, J. O. Kammesheidt und F. Schubert; VDI/ASME Projektgruppe: „Energiekonzept der Zukunft – 100% nachhaltige Energieversorgung 2050“)

Energiespeicher. STE Preprint – 2011 (W. Hennings, J. Linssen, P. Markewitz, S. Voegele; Institut für Energie- und Klimaforschung – Systems Analyse und Technologische Entwicklung des Forschungszentrum Jülich)

Energiespeicher-Technologien im Überblick – 2016 (N.N.)

Speichertechnologien für erneuerbare Energien – Voraussetzung für eine nachhaltige Energieversorgung – 2006 (R. Tamme, A. Jossen und H.-M. Henning)

Zukunftsmarkt Elektrische Energiespeicherung. Fallstudie im Auftrag des Umwelbundesamt – 2007 (P. Radgen; Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit)

Österreichisch-deutscher Strommarkt

Die Österreichische Energiewirtschaft ist stark von Importen abhängig. Im Jahr 2015 wurden rund 60,8 Prozent des Energiebedarfs (Strom, Wärme, Mobilität) in Österreich durch Importe gedeckt. Der Nettoanteil an importierter elektrischer Energie ist dabei zwar relativ gering, jedoch nicht dessen Auswirkungen auf den Strompreis. Bei der elektrischen Energie ist Deutschland einer der bedeutendsten Lieferanten. Ein wichtiger Grund hierfür ist, dass es seit 2001, eine gemeinsame Stromhandelszone, auch „gemeinsame Preis- bzw. Gebotszone“ genannt, zwischen Österreich und Deutschland gibt. Das bedeutet, dass zwischen den beiden Ländern unbegrenzt und ungehindert Strom gehandelt werden kann und es überall faktisch denselben Preis für Strom gibt. 

Zu den Vorteilen einer großen Preiszone zählt eine größere Liquidität, welche zu einem besseren Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage für die Volkswirtschaft führt. Auf österreichischer Seite wird besonders von niedrigen Strompreisen profitiert. Durch die temporäre Überproduktion an Strom, vor allem in Deutschland, sinkt der Marktpreis an der gemeinsamen Börse. Grund dafür ist der Ausbau erneuerbarer Stromerzeuger ohne ausreichender Netzinfrastruktur in Deutschland (siehe Artikel Energiespeicher). In Österreich wird der billige Überschussstrom unter anderem für das Auffüllen der Pumpspeicherkraftwerke genutzt, mit denen bei Bedarf teurer Spitzenstrom erzeugt werden kann. Dieser Spitzenstrom steht auch für den deutschen Strommarkt zur Verfügung. Damit erscheint die deutsch-österreichische Preiszone ein gelungenes Beispiel für einen internationalen Stromhandel. So zu sagen ein erster Schritt auf dem Weg zu einem gemeinschaftlichen, gesamteuropäischen Strom- und Energiemarkt.

Jedoch wird der gemeinsame Markt nicht von allen Seiten positiv gesehen. 2015 hat die europäischen Regulierungsbehörde ACER (Agency for the Cooperation of Energy Regulators) die unverbindliche Empfehlung herausgegeben, diesen aufzulösen und damit auch den Stromhandel zu beschränken. Wie kommt die ACER zur Ansicht, dass eine Trennung des Marktes erstrebenswert ist? Auslöser war ein Antrag der nationalen polnischen Regulierungsbehörde zur Abgabe einer Empfehlung bezüglich der Konformität der gemeinsamen deutsch-österreichischen Stromhandelszone mit den europäischen Richtlinien.

Warum aber fordert Polen eine Einschätzung zu einem Strommarkt, dem es selber nicht angehört? Durch den intensiven Ausbau der Windkraft im Norden von Deutschland, kommt es bei günstigen Wetterbedingungen zu einer Stromüberproduktion, dem wiederum eine zu niedrige Stromleitungskapazität für die Verbindung von Deutschland Norden und Süden gegenübersteht. Stattdessen fließt der Windkraftstrom über die polnischen und tschechischen Stromnetze und belastet dabei ihre Leitungen.

Die ACER empfiehlt also den gemeinsamen Markt zu trennen, da die bestehende Lösung, außenstehende Stromnetze belastet. Die deutsche Bundesnetzagentur ist derselben Meinung. Darum plant sie ab Mitte 2018, Maßnahmen zur Einschränkung des Stromhandels mit Österreich einzuführen und mit einem Engpassmanagement an der gemeinsamen Grenze zu beginnen. Polen und Tschechien plädieren ebenfalls für eine Auflösung des gemeinsamen Strommarktes, da sie sich davon eine Entlastung ihrer Stromnetze erhoffen.

Eine Auflösung des gemeinsamen Strommarktes würde wiederum zu unterschiedlichen Stromhandelspreisen in Österreich und Deutschland führen. Auf österreichischer Seite befürchtet man eine Erhöhung der Stromkosten um schätzungsweise 6% je Kilowattstunde.

Gegen die Trennung spricht, dass die Engpässe nicht an den Grenzen, sondern innerhalb Deutschlands auftreten werden und eine wirtschaftliche Nutzung derzeit nicht möglich ist. Langfristig kann nur ein Ausbau der Leitungskapazitäten innerhalb Deutschlands und den benachbarten Ländern zu sinnvollen Ergebnissen führen. Außerdem erscheint aus gesamteuropäischer Perspektive, die Auflösung eines funktionierenden, gemeinschaftlichen Teilmarktes kontraproduktiv und ein Schritt weiterweg vom Ziel der Errichtung eines einheitlichen, europäischen Strom- und Energiemarktes zu sein.

Wie sich eine Trennung auf die einzelnen Märkte auswirkt bleibt abzuwarten. Für Österreich entsteht ein neuer Anreiz, sich als führendes Expertenland im Bereich Energiespeicherung (siehe Beitrag Energiespeicherung)  zu etablieren.

Deutlich zeigt das Beispiel des deutsch-österreichischen Strommarktes jedoch, wie schwer es in der Realität ist, Strom physikalisch voneinander abzutrennen und Wechselwirkungen zu vermeiden. Ebenfalls klar ist, dass es für den Aufbau eines funktionierenden gesamteuropäischen Strommarktes notwendig sein wird, ein Konzept zu entwickeln, welches Problemlösung und Management über die einzelnen Staatsgrenzen hinweg erlaubt.

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Quellen und weiterführende Literatur:

Abhängigkeit von Energieimporten in Österreich in den Jahren 2002 bis 2015 (statistia.com)

ACER calls for a coordinated capacity allocation procedure on the German-Austrian border – 2015 (ACER)

ACER Opinion 09-2015 on the compliance of NRAs’ decisions approving methods of cross-border capacity allocation in the CEE region - 2015 (ACER)

ACER recommendation to divide the German-Austrian energy market market is a step backwards for Europe – 2015 (APG – Austrian Power Grid)

Der Energiemarkt voll in Bewegung. Jahresbericht 2015 – 2015 (E-Control)

Die deutsch-österreichische Strompreiszone – 2017 (EnergyNews Magazine)

Energiestatus Österreich 2016. Abteilung III/2 – 2016 (bmwfw – Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft)

Fragen und Antworten zur deutsch-österreichischen Strompreiszone – 2017 (E-Control)

Gemeinsame Erklärung zur Begutachtung der Preiszonen im europäischen Strommarkt - s.a.(VKU, VCI, BDI, bdew, WVM, DIHK, EFET Deutschland, bne, oestereichs energie, VKÖ, VIK

Questions & Answers on the Agency’s Opinion No 09/2015 – 2015 (ACER)

Trennung des deutsch-österreichischen Strommarktes. Ein Überblick – 2015 (Muggenhumer, G., Steinmüller, H. und Schneider, F.)

Warum die deutsch-österreichische Preiszone im Strommarkt nicht aufgegeben werden sollte. Interview mit Dr. Ines Zenke und Dr. Christian Dessau – 2015 (DerEnergieblog.de)

Auswahl von Zeitungsberichte zum Thema:

Verbund gegen Trennung der deutsch-österreichischen Strompreiszone – 2016 (Boerse-Express)

Deutschland dreht Österreich den Strom ab – 2016 (DiePresse.com)

Kurzschluss an deutscher Grenze, Österreich droht Strompreis-Schock – 2016 (Kurier)

Schlecht für Österreich, gut für Deutschland? – 2016 (Bayernkurier)

Energieeffizienz versus Energiesparen

Persönlich habe ich schon einige Mal miterlebt, dass die Begriffe „Energieeffizienz“  und „Energiesparen“ mit einander verwechselt oder analog genutzt wurden. Energiesparen stellt einen merkbaren Rückgang des Energieverbrauches (in einem betrachteten System) dar. Energieeffizienz hingegen verringert den Energiebedarf pro Nutzungseinheit (z.B. pro produziertes Produkt, pro Stunde eingeschaltetes Licht, pro gefahrenem Kilometer,…). Eine Steigerung der Energieeffizienz kann in einer Energieeinsparung resultieren.

Deutlicher lässt sich dieser Unterschied zwischen Energieeffizienz und Energieeinsparung an einem praktischen Beispiel verstehen. Angenommen in einem Haus gibt es drei Zimmer, mit jeweils einer Glühbirne. Jeden Abend arbeitet in jedem Zimmer jeweils eine Person für 4 Stunden, wobei das Licht angeschaltet ist. Nun wollen die Bewohner ihren Energieverbrauch, und die damit verbundenen Kosten, verringern. Dazu haben sie eine Reihe von Möglichkeiten, u.a. folgende:

  1. Die Bewohner arbeiten zu einer anderen täglichen Uhrzeit, zu der die Sonne scheint.
  2. Die Bewohner arbeiten in Zukunft gemeinsam zur gleichen Zeit in einem Raum.
  3. Die Glühbirnen werden gegen energieeffiziente Modelle ausgetauscht, die pro Stunde, in der sie eingeschaltet sind, weniger Energie benötigen.

Wenn die Umsetzung der verschiedenen Maßnahmen technisch möglich ist, dann führen alle drei Möglichkeiten zu einer Energieeinsparung. Aber nur im letzten Fall handelt es sich auch um eine Erhöhung der Energieeffizienz.

Die drei Maßnahmen haben unterschiedliche Vor- und Nachteile. Für die Steigerung der Energieeffizienz ist eine Investition in neue Technologien notwendig. Der Komfort für die Nutzer bleibt erhalten. Bei den anderen Möglichkeiten ist eine Verhaltensanpassung notwendig. Die Bewohner müssen Abstriche bezüglich ihrer idealen Lösung hinnehmen, wie beispielsweise eine Änderung der Arbeitszeiten oder weniger Arbeitsplatz.

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass eine Erhöhung der Energieeffizienz in der Regel zu einer Energieeinsparung führt, aber nicht alle Energieeinsparungsmaßnahmen zu einer Steigerung der Energieeffizienz führen. Oft stehen in einer Situation unterschiedliche Handlungsmöglichkeiten zur Auswahl. Bei der Entscheidung, welche Lösung am Besten geeignet ist, müssen verschiedene externe Einflussfaktoren und auch Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Mit zunehmender Größe und Anzahl der Komponenten in einem für die energetische Optimierung betrachteten System, steigt die Komplexität exponentiell.  Als Experten helfen wir diese Systeme verständlich zu machen, klare Maßnahmen zu identifizieren und diese umzusetzen. Eine optimierte und kosteneffiziente Energieversorgung lässt sich nur erreichen, wenn sowohl Maßnahmen zum Energiesparen als auch zur Steigerung der Energieeffizienz umgesetzt werden.

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Teure erneuerbare Energien?

Die Novellierung des Ökostromgesetzes verursacht derzeit kontroverse Diskussionen über die Förderung erneuerbarer Energien. Bei der Budgetdebatte im März 2016 äußerte sich Bundeskanzler Christian Kern sehr kritisch zur Förderung der Ökostromerzeugung aus Biomasse. Dasselbe Ziel verfolgt unter anderem auch die Europäische Kommission. Das im November 2016 veröffentlichte „Clean Energy for all European“ Dokument, definiert Vorschläge zur Umgestaltung der Erneuerbaren-Richtlinie (RED). Darin soll unter anderem eine Marktverzerrung durch das Fördern von erneuerbarer Energien verhindert werden. Förderungen müssen offen, transparent, wettbewerbsfähig, nichtdiskriminierend und kosten-effektiv gestaltet sein.

Erneuerbare Energien werden in Österreich über ein Umlagesystem finanziert. Dabei finanziert der Endkonsument über die Stromrechnung („Mehrkosten § 40 ÖSG“) den Ausbau der Erneuerbarer Energien. Die Subvention erfolgt in der Regel über einen fixierten Einspeisetarif. 2016 umfassten die Ökostromkosten eines österreichischen Durchschnitts-Haushaltes 120€. Das entspricht 3,9% der gesamten Energiekosten pro Haushalt. Indirekt profitieren Haushalte natürlich auch von der Förderpolitik, durch niedrige Strompreise.

Konkurrenzfähige Ökostromanlagen versucht der Österreichische Gesetzesgeber mit der „kleinen“ Ökostromnovelle 2016 voranzutreiben. Das Ziel: „Mehr Ökostrom für weniger Geld“. Konkret soll die Ökostrompauschale und Prämie zusammen im Jahr 2017 auf rund 790 Mio. Euro sinken. Die neuen Änderungen haben zur Folge, dass einige erneuerbare Energien mit weniger Förderung, nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden können. Davon betroffen sind einerseits alte Anlagen, welche aus dem Förderregime hinausfallen sowie rohstoffabhängige Stromerzeugungsanlagen wie Biogas. Diese Erzeuger werden im hohem Ausmaß unrentabel. Für 2017 wird ein Rückgang um rund 0,5 auf 9,8 Terawattstunden aus Erneuerbaren Energien erwartet.

Erstrebenswert wäre natürlich ein System, in dem Energieproduzenten sich ohne Unterstützung selbst erhalten können. Doch wie marktwirtschaftlich ist die herkömmliche Energieerzeugung wirklich?

Was in dieser Diskussion oft übersehen wird ist, dass auch fossile Energieträger sowohl in Österreich als auch weltweit, Förderungen und Unterstützungen genießen. Weltweit betrugen die Förderungen fossiler Energieträger der G20 Staaten, in den Jahren 2013 und 2014, 450 Mrd. US-Dollar. Damit entsprechen die Subventionen für fossile Brennstoffe etwa fünf Mal denjenigen für erneuerbare Energieträger. Zu den Ländern mit den meisten Förderungen für fossile Energieträger gehören China und die USA. Allein für die Suche und Erschließung geben die G8-Staaten jährlich 88 Mrd. US-Dollar aus.

Laut WIFO Studie betrugen in Österreich Förderungen für umweltschädliche Energieerzeugung und -verbrauch jährlich 1,4 – 1,7 Mrd. € (2010-2013). Hier erfolgen die Subventionen meist nicht in direkter Form, sondern auf dem Weg von Zuschüssen, Darlehen, Steuerbegünstigungen und -befreiungen. Zur Erinnerung, in Österreich werden 2017 für erneuerbare Energien 790 Mio. Euro investiert.

Die Subventionierung fossiler Energieträger führt zu mehrfach negativen Effekten. Es werden finanzielle Ressourcen in die Nutzung von Energieträgern mit negativen Auswirkungen investiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass die entsprechenden Summen für den Ausbau und Entwicklung erneuerbarer Energiequellen genutzt werden. Nicht zuletzt wird damit auch das Erreichen von Klimazielen sowie angestrebten CO2-Emissionsreduktionen erschwert (siehe kommenden Beitrag „externe Kosten fossiler Energien“). Im Vergleich zu fossilen Energieträgern erfolgt bei den erneuerbaren Kollegen ein Großteil der Wertschöpfung in Österreich. Energie aus Biomasse sichert mehrere tausend Arbeitsplätze. Von den 300 Millionen Euro Unterstützungsvolumen werden so etwa 200 Millionen Euro für Arbeit aufgewendet.

Diese aktuelle, weltweite Fördersituation ist besonders bedenklich, wenn bedacht wird, dass internationale Vereinbarungen getroffen wurden, die Förderungen für fossile Brennstoffe abzubauen und die Industriestaaten bis 2050 unabhängig von nicht nachhaltigen Energiequellen zu machen (Pariser Klimaabkommen).

Unter Berücksichtigung der erwähnten Informationen zeigt sich daher, dass ein Auslaufen der Förderungen für nachhaltige Energieerzeuger nicht zur Kostenwahrheit, sondern zu einer weiteren Verzerrung des Energiemarktes zu Ungunsten erneuerbarer Energiequellen führen würde. Anzustreben wäre ein Abbau aller Förderungen und eine Berücksichtigung der externen Kosten der Energieproduktion. Auf diese Weise könnte ein Markt geschaffen werden, in dem sich nachhaltige Energieträger auch selbstständig wirtschaftlich tragbar genutzt werden können.

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