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W2081837317 abstract "Das Energiesystem steht vor einem grundlegenden Wandel: Ein System, das auf die konstante Bereitstellung durch fossile Energieträger ausgerichtet ist, soll durch die umfangreiche Integration erneuerbarer Energien eine nachhaltigere Energieversorgung gewährleisten. Die Herausforderung des Systemwechsels macht sich gegenwärtig in der Stromversorgung am deutlichsten bemerkbar, betrifft aber alle Bereiche des Energiesystems, wenn auch mit unterschiedlichen Auswirkungen. Im Energiesystem werden Energie und/oder Energieträger räumlich von Energieversorgungsnetzen verteilt, während die bedarfsgerechte Bereitstellung gegenwärtig dafür sorgt, dass der Energiebedarf zu jeder Zeit gedeckt wird. Energie aus erneuerbaren Quellen wird in der Regel nicht bedarfsgerecht bereitgestellt; ihr Anteil steigt. Energiespeicher sind eine Möglichkeit, das zeitlich versetzte Angebot mit der Nachfrage zur Deckung zu bringen. Energiespeicher sind Systeme, die eine Energiemenge kontrolliert aufnehmen, sie über einen im Kontext relevanten Zeitraum in einem Speichermedium zurückhalten und mit zeitlicher Verzögerung wieder kontrolliert abgeben können. Zu den Energiespeichern gehören nach dieser Definition auch Verfahrensketten, die diese Aspekte durch eine Kombination verschiedener Technologien abbilden. Als mechanische Großspeicher für elektrischen Strom dienen heute fast ausschließlich Pumpwasserspeicherkraftwerke, die zukünftig durch Druckluftspeicherkraftwerke und eventuell Luftzerlegungsanlagen ergänzt werden könnten. Im Bereich der elektrochemischen Energiespeicher befinden sich verschiedene Technologien im Forschungs-, Entwicklungs- und/oder Demonstrationsstadium für einen Einsatz in der stationären großtechnischen Stromspeicherung. Thermische Speichertechnologien beruhen auf der Speicherung von sensibler Wärme, der Ausnutzung von Phasenübergängen, Adsorption-/Desorptionsprozessen oder chemischen Reaktionen, die prinzipiell eine dauerhafte und verlustfreie Speicherung von Wärme ermöglichen können. Die Speicherung von Energie in Form chemischer Bindungen in stofflichen Speichern verläuft über Substanzen, die selbst als Energieträger oder Chemikalien verwendet werden können; sie befinden sich damit in direkter Konkurrenz zu alternativen Bereitstellungs- und Nutzungsvarianten. Die Schlüsseltechnologie hierbei ist auf absehbare Zeit die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoff kann wiederum durch verschiedene Verfahren in andere Energieträger umgewandelt werden. So lässt er sich in verschiedenen Sektoren des Energiesystems und/oder in energieintensiven Industrieprozessen stofflich nutzen. Teilfunktionen von Energiespeichern können auch von Industrieprozessen wahrgenommen werden. Dem Energiesystem in seiner Gesamtheit eröffnen sich neue Optionen, die bisher weitgehend getrennten Energieversorgungsströme zu verknüpfen und zu vernetzen. Neben der Möglichkeit, verstärkt erneuerbare Energien außerhalb des Stromsektors zu nutzen, ergeben sich auch neue Bedingungen für eine verstärkte Flexibilisierung, neuartige Synergieeffekte und zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten. Anhand verschiedener Referenzfälle wird der mögliche Einsatz von Speichertechnologien aufgezeigt und bewertet. The current energy system is subject to a profound change: A system, designed to cater to energy needs by supplying fossil fuels is now expected to shift to integrate ever larger amounts of renewable energies to achieve overall a more sustainable energy supply. The challenges arising from this paradigm change are currently most obvious in the area of electric power supply. However, it affects the entire energy system, albeit with different effects. Within the energy system, various independent grids fulfill the function to transport and distribute energy or energy carriers in order to address spatially different energy supply and demand situations. Temporal variations are currently addressed by just-in-time production of the required energy form. However, renewable energy sources generally supply their energy independently from any specific energy demand. Their contribution to the overall energy system is expected to increase significantly. Energy storage technologies also represent an option to compensate for a temporal difference in energy supply and demand. Energy storage systems have the ability for a controlled take-up of a certain amount of energy, storing this energy within a storage media on a relevant timescale and a controlled redispatch of the energy after a certain time delay. Energy storage systems can also be constructed as process chains by combinations of unit operations, each covering different aspects of those functions. Large-scale mechanical storage options for electrical power are currently almost exclusively pumped hydro storage. These systems might be complemented in the future by compressed-air storage and maybe liquid-air facilities. There are several electrochemical storage technologies currently under investigation for their suitability as large scale electrical energy storage in various stages of research, development, and demonstration. Thermal energy storage technologies are based on a large variety of storage principles: Sensible heat, latent heat (based on phase transitions), adsorption/desorption processes or on chemical reactions. The latter can be a route to permanent and loss-free storage of heat. Chemical energy storage systems are based on the energy contained within the chemical bonds of the respective storage molecules. These storage molecules can act as energy carriers. Equally well, these compounds can enter various industrial value chains in energy-intensive industrial sectors and are therefore in direct economic competition with established (fossil) supply routes for these compounds. Water electrolysis, producing hydrogen and oxygen, is and will be the key technology for the foreseeable future. Hydrogen can be transformed by various processes to other energy carriers of interest. These transformations make the stored energy accessible by different sectors of the energy system and/or as raw materials for energy-intensive industrial processes. Some functions of energy storage systems can be taken over by industrial processes. Within the overall energy system, chemical energy storage technologies open up opportunities to link, connect and interweave the various energy streams and sectors. While chemical energy storage offers a route for a stronger integration of renewable energy outside the power sector, it also creates new opportunities for increased flexibility, novel synergies and additional optimization. Several examples of specific energy utilization are discussed and evaluated with respect to energy storage applications. Eine sichere Energieversorgung gehört zu den Grundvoraussetzungen einer modernen Volkswirtschaft. Das Ziel ist, eine bezahlbare und zuverlässige Energieversorgung für private, gewerbliche und industrielle Verbraucher zu gewährleisten. Ein zeitgemäßes, modernes Energiesystem sollte außerdem den Ausstoß von klimaschädlichen Gasen minimieren und in seiner Preisstruktur auch für energieintensive Unternehmen im internationalen Wettbewerb attraktiv sein. Aus diesen Ansprüchen ergibt sich eine Reihe von Maßnahmen, um die Herausforderungen zu adressieren. Für eine möglichst reibungslose Versorgung mit Energie sind die Bereitstellung und der bedarfsgerechte Ausbau kostengünstiger, leistungsfähiger und effizienter Energieinfrastrukturen, also vor allem der Versorgungsnetze, unabdingbar. Die strategischen Reserven konventioneller Energieträger werden auch kurz- und mittelfristig Versorgungsengpässe überbrücken und garantieren die stabile Grundversorgung. Eine Diversifizierung der Energiequellen und -träger sowie der Energielieferanten macht die Energieversorgung gegenüber politischen Veränderungen widerstandsfähiger. Die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien führt zu einer immer nachhaltigeren Energieversorgung, aufgrund des geringeren Verbrauchs von fossilen Energierohstoffen und der damit einhergehenden Emissionsreduzierung klimaschädlicher Gase. Die Energiebereitstellung und der Energieverbrauch müssen örtlich und zeitlich ausgeglichen werden. Ersteres übernehmen die Transport-, Übertragungs- und Verteilnetze, die eine möglichst bedarfsgerechte, umfassende und reibungslose Versorgung der Verbraucher mit der benötigten Energie bzw. dem Energieträger gewährleisten. Die Netze mit ihrer internationalen Verknüpfung ermöglichen es, durch den Import fehlender und den Export überschüssiger Energiemengen einen Ausgleich zwischen Nachfrage und Angebot herbeizuführen. Während Netze die örtliche Verteilung der Energie bzw. der Energieträger sicherstellen, leisten Energiespeicher einen Beitrag, um Energie bedarfsgerecht zur Verfügung zu stellen. Sie können temporär überschüssige Energie oder Energieträger aufnehmen und diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder zur Verfügung stellen. Der temporäre Überschuss einer Energieform kann in eine andere umgewandelt werden, die dann genutzt oder gespeichert werden kann, allerdings müssen dabei Umwandlungsverluste in Kauf genommen werden. Die vorhandenen Energiespeicher sind für die gegenwärtige Struktur des Energiesystems ausreichend. Eine strategische Bevorratung von Öl und Gas kann temporäre Engpässe bei Verkehr, Kraftwerken und der Wärmeversorgung auffangen. Wasserpumpspeicherkraftwerke in Kombination mit einer flexiblen Betriebsweise von Kraftwerken können ausreichend auf Schwankungen im Stromverbrauch reagieren. Im Folgenden wird der Begriff „Strom“ in der umgangssprachlichen Form synonym als elektrische Energie in Form von elektrischem Strom verwendet. Der zunehmende Ausbau erneuerbarer Energien mit Einspeisevorrang, die Abhängigkeitsverhältnisse in der Versorgung von Energieträgern und neue Konzepte der Mobilität legen jedoch auf mittlere Sicht eine wichtigere Rolle für Energiespeichersysteme nahe. Energiespeicher können daher als ein wichtiges, aber nicht dringendes Problem charakterisiert werden. Forschung und Konzeptentwicklung ist aber bereits erforderlich, um vorbereitet zu sein, wenn Energiespeicher auf großer Skala benötigt werden. Die Tatsache, dass wir gegenwärtig mit den vorhandenen Energiespeichersystemen zurechtkommen, kann kein Maßstab für die Zukunft sein. Vielmehr bieten sich die Möglichkeit und die Verpflichtung gegenüber den nachfolgenden Generationen, die notwendigen Entwicklungen mit dem Ziel einer Umstellung auf ein nachhaltiges Energiesystem anzustoßen. Energiespeichersysteme stellen eine mögliche, mitunter entscheidende Option dar, mit einem fluktuierendem Dargebot an Energie umzugehen. Sie sind allerdings nicht die einzige Möglichkeit, auf Schwankungen in der Bereitstellung zu reagieren. Die Vorhersagen für den Ertrag aus erneuerbaren Energien werden immer genauer und erlauben eine verbesserte Abstimmung und den effizienteren Einsatz, ebenso kann die Nachfrageseite angesprochen werden, einen Beitrag zur Systemstabilität zu erbringen. Die Bereitstellung von Reservekapazität ist eine weitere Möglichkeit, auch in Zeiten eines niedrigen Dargebots an erneuerbaren Energien den Bedarf zu decken. Schließlich kann ein leistungsfähigeres Netz lokale zeitliche Schwankungen durch Transport in oder aus anderen Regionen ausgleichen. Im Sinne einer zukunftsgerichteten Energiepolitik, die die Optionen entwickelt und für einen flexiblen Einsatz offenhält, sollte derzeit die wissenschaftlich-technische Entwicklung von Speichersystemen vorangetrieben werden, um über diese Option zu verfügen, sobald die Notwendigkeit besteht. Der Einsatz von Primärenergie in Deutschland deckt drei große Bedürfnisfelder ab. Mit rund 50 % des Endenergieverbrauchs stellt der Wärmemarkt den größten Anteil 1, wobei hauptsächlich Erdgas sowie Heizöl als Energieträger genutzt werden. An zweiter Stelle folgt der Einsatz der Erdölderivate Benzin, Diesel und Kerosin im Verkehrssektor. Erst an dritter Stelle wird Strom eingesetzt. All diese Energieträger und die -nutzungsformen werden über Umwandlungs- und Versorgungssysteme dem Verbraucher zur Verfügung gestellt. Dabei besteht die Herausforderung, zu jedem Zeitpunkt an jedem Ort die benötigte Energie in der richtigen Form bereitzustellen. Gegenwärtig wird das Energiesystem in Deutschland noch durch fossile Energieträger geprägt. Der Beitrag der erneuerbaren Energien steigt jedoch insb. im Elektrizitätssektor stetig an. Deutschland betreibt mit hohem Nachdruck den Ausbau der erneuerbaren Energien. Die zentrale Zielsetzung ist der Aufbau eines nachhaltigen Energiesystems durch eine Reduzierung der Emission klimaschädlicher Gase (insb. CO2). Weiterhin soll die Abhängigkeit von unsicheren Lieferanten reduziert und die zu erwartenden Preissteigerungen fossiler Energieträger teilweise aufgefangen werden. Der letzte Anspruch hat sich bisher nicht wie erwartet realisieren lassen. Insbesondere im Bereich der Stromversorgung führt die erhöhte Einspeisung nicht grundlastfähiger erneuerbarer Energien zu einem erhöhten Austausch und zu einer verstärkten Koordination der Aktivitäten mit den Nachbarländern. Auch die Reduzierung der Emission klimaschädlicher Gase wird gegenwärtig nicht erreicht, da alte Kohlekraftwerke mit einem relativ hohen Ausstoß an CO2 wirtschaftlicher betrieben werden können als moderne Gaskraftwerke. Hintergrund ist der sehr niedrige Preis für CO2-Emmissionszertifikate, gegenwärtig bei rund 5 – 7 € t−1CO2 im europäischen Emissionshandelssystem (ETS), und der relativ hohe Erdgaspreis. Die CO2-Bilanz der aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnenen Kraft- und Treibstoffe ist umstritten. Die relevanten erneuerbaren Energien sind in Tab. 1 aufgelistet. Sämtliche erneuerbaren Energien sind geographischen Begrenzungen unterworfen, die sich entweder aus der Energieumwandlungstechnologie selber oder durch die politisch-gesellschaftliche Akzeptanz ergeben. Erneuerbare Energien können zentral oder lokal genutzt werden. Der weitere Ausbau erneuerbarer Energien ist das erklärte politische Ziel der Energiewende und wird sich fortsetzen. Die Umsetzung erfolgt, neben festgelegten Quoten für Biokraftstoffe, hauptsächlich im Stromsektor über eine Abnahmegarantie zu festdefinierten Preisen. Die damit verbundenen Kosten werden, mit Ausnahmen, über die Regelungen des Gesetzes zur Förderung Erneuerbarer Energien (EEG) auf die Verbraucher umgelegt (EEG-Umlage). Der zunehmende Ausbau der erneuerbaren Energien stellt die althergebrachten Verteilungsstrukturen der Energieversorgung vor die Aufgabe, einen Systemwechsel zu vollziehen. Das bisherige Elektrizitätssystem ist nachfragegesteuert und wird getragen von fossilen und nuklearen Energieträgern in Großanlagen mit einer eindeutigen Versorger- und Verbraucherstruktur. Am deutlichsten zeigen sich die Effekte der Energiewende im Stromnetz. Die klassische Einteilung in Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlastversorgung wird auf Erzeugerseite zunehmend unscharf 2. Gleichzeitig können die erneuerbaren Energien nicht die notwendige gesicherte Leistung, d. h. die Stromerzeugungskapazität, die jederzeit verfügbar und abrufbar sein muss, garantieren. Durch den unregelmäßigen Beitrag erneuerbarer Energien aus zentralen und dezentralen Stromerzeugern entsteht eine größere Diskrepanz zwischen den temporär und lokal verfügbaren Erzeugungskapazitäten und Verbrauchsanforderungen. Diese Diskrepanz gilt es möglichst effizient und kostengünstig aufzulösen. Der Wärme- und Mobilitätssektor (mit Ausnahme der Elektromobilität) oder auch energieintensive Industrieprozesse liegen gegenwärtig nicht im Fokus der Maßnahmen zur Energiewende, wenngleich es unstrittig ist, dass nur durch Einbeziehung dieser Bereiche die Energiewende gemessen an ihren eigenen Zielen, insb. in Bezug auf die Minderung von CO2-Emissionen, erfolgreich sein kann. Eine Energieversorgung und -politik, die nur aus nationaler Sicht betrieben wird, läuft Gefahr, sich den Chancen und Möglichkeiten zu verschließen, die sich durch eine Vernetzung und Verzahnung nationaler Energiesysteme zu einem europäischen Energieverbund ergeben. Bereits heute existieren weitgehende Verflechtungen der nationalen Energieversorgungsstrukturen. Dies wird in Zukunft eher zunehmen, wobei auch auf mittlere Sicht nationale strategische Interessen die Energiepolitik erheblich beeinflussen werden. Hierzu gehören z. B. die Bevorzugung heimischer Energiequellen, die Aufrechterhaltung einer nuklearen Komponente, Abkommen zu Lieferung von Erdgas oder auch die Sicht, die deutsche Energiewende als ausschließlich nationales Projekt zu begreifen. Tatsache ist, dass ein Großteil der Energieinfrastruktur bereits heute europaweit vernetzt ist und isolierte Entscheidungen und Maßnahmen Auswirkungen auf die europäischen Partnerländer und deren Energiesysteme haben. Gleichzeitig entstehen Chancen, insb. in der Nutzung regenerativer Energiequellen, wo Länder ihre geographischen Vorteile einbringen können und damit zur Versorgungssicherheit, zur Kosteneffizienz und zur Reduzierung der Emission von Treibhausgasen aus dem Energiesektor beitragen können. Voraussetzung hierfür sind Ausbau und Wartung europäischer Energieinfrastrukturen sowie Regeln und Verfahren, die einen fairen Zugang sowie einen geordneten und gesicherten Austausch zwischen den beteiligten Akteuren ermöglichen sowie eine Kohärenz von nationalen und europäischen Regeln. Der Begriff „Energiespeicher“ hat eine Reihe unterschiedlicher Bedeutungen. So beschreibt er sowohl den Speicherbehälter (z. B. die Gaskaverne), zum anderen auch das Speichermedium (z. B. Wasserstoff als Energiespeicher), in manchen Fällen auch beides, wie bei Batterien. Manche Speichermedien (insb. jene, die Energie in Form chemischer Bindungen speichern, z. B. Biomasse oder flüssige, synthetische Energieträger) werden beim Einspeichern produziert und beim Ausspeichern verbraucht, während andere Speichermedien erhalten bleiben (z. B. in Batterien). Unbewusst wird oft die gesamte Peripherie eines Energiespeichersystems, welche häufig die Anwendungsmöglichkeiten eines Speichersystems definiert, ebenfalls unter dem Begriff zusammengefasst. Im Kontext dieses Beitrags, der im Wesentlichen auf die Funktion von Energiespeichern und deren Anwendung zielt, wird folgende Definition für Energiespeicher verwendet: Ein Energiespeicher ist ein System, das eine Energiemenge kontrolliert aufnehmen (Beladung), sie über einen im Kontext relevanten Zeitraum in einem Speichermedium zurückhalten (Speicherung) und in einem gewünschten Zeitraum wieder kontrolliert abgeben kann (Entladung). Vergleiche hierzu auch den Definitionsvorschlag des BDEW 3. Die Energieformen der Beladung, Speicherung und Entladung können sich unterscheiden. Die Funktionen (Beladung, Speicherung, Entladung) können in einem System integriert sein oder in einer Prozesskette von unterschiedlichen, auch räumlich getrennten Komponenten wahrgenommen werden. Wenn das Speichermedium transportabel ist, kann die Entladung auch lokal versetzt und/oder mobil stattfinden. Stoffliche Energiespeicher (gespeicherte chemische Energie) sind ihr eigenes Speichermedium, während andere Energieformen ein zusätzliches stoffliches Speichermedium benötigen. Wiederaufladbarkeit bezogen auf den Speicherbehälter sollte gegeben sein, nicht jedoch notwendigerweise für das Speichermedium. Diese Definition umfasst auch fossile Energieträger und Biomasse. Die Fähigkeit der Netze, den Transport und die örtliche Verteilung der Energie bzw. der Energieträger zu gewährleisten, ist zentral für einen Ausgleich der Energiebereitstellung und des -verbrauchs, mithin die Grundvoraussetzung einer effizienten Energienutzung. Jedes der in Frage kommenden Energieversorgungsnetze verfügt über eine eigene Infrastruktur, die auf die netzspezifischen Funktionen zugeschnitten ist. Bisher wurden die Anforderungen der Netze häufig isoliert betrachtet. In diesem Zusammenhang hat bereits der Bericht der Bundesnetzagentur vom Mai 2012 4 auf die kritische Verknüpfung von Strom- und Gasversorgung hingewiesen. In einer aktuellen Studie des Fraunhofer ISE 5 wird die Möglichkeit einer zu 100 % auf erneuerbaren Energien beruhenden Energieversorgung für 2050 dargelegt, die wesentlich von der Verknüpfung der Wärme- und Stromversorgung abhängt. Gegenwärtig ist es noch schwer, die Synergieeffekte, die sich durch eine bessere Verzahnung der verschiedenen Netze ergeben könnten, ausreichend abzuschätzen. Im Sinne der Versorgungssicherheit und Flexibilität sind diese netzübergreifenden Verknüpfungen als Chance zu begreifen, da sie die Möglichkeit eröffnen, die individuellen Vorteile der jeweiligen Netze und Energieformen zu nutzen. Eine geschickte Verknüpfung und systemische Betrachtung könnte ein kostengünstigeres Potenzial zur effizienten Energienutzung erschließen als eine für die jeweilige Energieform isolierte Betrachtung. Im Folgenden sollen die vorhandenen Energienetze kurz dargestellt werden. Netzstruktur: EU, national (Hochspannungsnetz, 220 – 380 kV), regional (Mittelspannungsnetz), lokal (Niederspannungsnetz). Netzfunktion: Sichere Versorgung privater, gewerblicher, industrieller und institutioneller Verbraucher mit elektrischem Strom. Speichertechnologien: Pumpspeicherwerke (kommerziell), diabatische (eine Anlage) und adiabatische Druckluftspeicher (ruhendes Demonstrationsprojekt), Batterien (ein Speicher auf Basis von Li-Ionen Batterien ist in Schwerin angeschlossen worden). Speicherfunktion: Verbessertes Lastmanagement und Netzstabilisierung, Peak-Shaving, Load-Levelling durch Bereitstellung positiver und negativer Regelenergie zum Ausgleich von Produktion und Verbrauch, insb. bzgl. der bevorzugten Einspeisung aus nichtgrundlastfähigen erneuerbaren Energien. Anmerkungen: Das Netz erfüllt primär eine Transportfunktion. Das Stromnetz selber verfügt über keine Speicherkapazität. Die rotierenden Massen der konventionellen Kraftwerke können als Schwungradspeicher verstanden werden, allerdings mit denselben Einschränkungen bzgl. der geringen Energiespeicherdichte. Ein verbessertes Lastmanagement reduziert die Spitzenpreise und Schwankungen, was die ökonomischen Bedingungen für die Implementierung von neuen Speichern mit zunehmendem Speicherausbau erschwert. Andere Maßnahmen zur Netzstabilisierung umfassen Verbrauchssteuerung (Konsument) sowie Import- und Export von Strom, EU-weiter Netzausbau (insb. Knotenpunkte) und eine verbesserte gegenseitige Abstimmung. Ökonomisch ist es wahrscheinlich sinnvoll, verschiedene Netzstabilisierungsmaßnahmen strukturiert miteinander zu kombi-nieren. Diese Strukturierung wirft Fragen bzgl. des Wechselspiels und der Regulierung des Marktgeschehens auf. Ein Ausbau der Netzstrukturen auf nationaler und internationaler Ebene vermindert die Wirtschaftlichkeit und den Bedarf an Speichern. Abb. 1 stellt das Höchstspannungsnetz in Deutschland dar. Abb. 2 zeigt schematisch die Verknüpfung zwischen den verschiedenen Spannungsebenen auf. Der Übersichtsplan zeigt die 220/380-kV-Leitungen des deutschen Höchstspannungsnetzes. © Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) 2014, VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. 6. Die anderen Netzebenen sind zu kleinteilig, um sie übersichtlich in dieser Abbildung darzustellen. Funktionen und Strukturen der verschiedenen Netzebenen im Stromnetz 7; © F.A.Z.-Grafik/Karl-Heinz Döring. Verdrahtete Landschaft: Großkraftwerke speisen in das Höchstspannungs-Übertragungsnetz (rot) ein, mittlere Stromerzeuger in das Hochspannungsnetz (orange) und kleinere städtische Kraftwerke in das Mittelspannungsnetz (grün). Von da aus geht es weiter in die Niederspannungsleitungen (blau), die in unseren Steckdosen enden. Durch die Umspannwerke zwischen den Netzen kann die Energie grundsätzlich in beide Richtungen fließen (Doppelpfeile). Die Bahn betreibt ein separates Hochspannungsnetz. Es wird durch eigene Kraftwerke oder zumindest eigene Generatoren anderer Kraftwerke gespeist. Netzstruktur: EU, national, regional, lokal. Netzfunktion: Sichere Versorgung von Verbrauchern mit Erdgas. Speichertechnologien: Kavernen- und Porenspeicher, Netzkapazität, Einspeisung von aufgereinigtem Bioerdgas, eventuell Einspeisung von H2 (Forschung, Entwicklung und Demonstration). Kapazität (Arbeitsgasvolumen) Porenspeicher: 10,6 Mrd. m3, Kavernenspeicher: 13,2 Mrd. m3. Die Speicherkapazität umfasst ca. 20 % des jährlichen Verbrauchs in Deutschland, der aber durch die Nutzung im Wärmemarkt sehr saisonal verläuft. Die Speicherstandorte sind in Abb. 3 dargestellt. Das deutsche Gas-Fernleitungsnetz im Überblick; © Fernleitungsnetzbetreiber 11. Speicherfunktion: Weltweit verfügt Deutschland über die viertgrößten Speicherkapazitäten für Erdgas, die auch noch erweiterungsfähig sind. Gasspeicher dienen zur Kompensation der saisonalen (Porenspeicher) und täglichen Schwankungen (Kavernenspeicher). Zunehmend spielt auch die Bezugsoptimierung unter Ausnutzung schwankender Gaspreise eine Rolle. Eine strategische Speicherung wird gegenwärtig als politisch nicht notwendig empfunden, da die Erdgasversorgung als sicher eingeschätzt wird 8. Die Speicher werden daher nur unter rein kommerziellen Gesichtspunkten betrieben. Allerdings findet gegenwärtig ein starker Ausbau der Speicherkapazitäten statt mit der Aussicht, dass Deutschland sich zu einer Drehscheibe des europäischen Gasmarktes entwickelt. Anmerkungen: Das Gasnetz selbst, als ein Transportnetz stofflicher Energieträger, kann sowohl Transport- als auch Speicherfunktionen bedienen. Die Speicherkapazität der Pipelines ist beträchtlich und kann kurzfristige Schwankungen ausgleichen, ohne die eigentlichen Speicher ansprechen zu müssen (Abb. 3). Eine bevorzugte Versorgung kritischer Kraftwerke für die sichere Stromversorgung ist nicht gesichert. Die Erdgasspeicher werden gegenwärtig unter Berücksichtigung gesetzlicher Rahmenbedingungen kommerziell betrieben. Politische Probleme bei Erdgaslieferungen können eventuell die Versorgung von EU-Nachbarn erforderlich machen. Speicherlokationen für Erdgas, Rohöl Mineralprodukte und Flüssiggas in Deutschland; © Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie 10. Netzstruktur: Lokal Netzfunktion: Sichere Versorgung von Verbrauchern mit Prozess- oder Raumwärme (Abb. 5). Speichertechnologien: Netzkapazität, thermische Speicher Speicherfunktion: Stabilität der Wärmeversorgung in Kommunen oder industriellen Standorten, Entkopplung der Betriebsweisen von KWK (Kraft-Wärme-Kopplung)-Kraftwerken, Ausgleich saisonaler Schwankungen. Anmerkungen: Wärmenetze können sowohl Transport- als auch Speicherfunktionen bedienen. Allerdings ist die Speicherleistung des Netzes selber abhängig von den Verlusten, die z. B. durch unvollständige Isolierung auftreten. Es kann daher nur für kurze Zeiträume als Speicher genutzt werden. Die Wärmebereitstellung erfolgt in Abhängigkeit vom Verbrauch. Es besteht die Möglichkeit zur Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz über Widerstandsheizung. Eine starke Vernetzung von Strom- und Wärmenetz existiert z. B. in Dänemark. Die Verknüpfung von Industriestandorten und lokalen Fernwärmnetzen ist häufig bereits Realität. Die Netzlast unterliegt saisonalen Schwankungen. Struktur des kombinierten Nah- und Fernwärmenetzes von Neuburg an der Donau zur Integration industrieller Abwärme in der kommunalen Fernwärmeversorgung; © eta Energieberatung GbR 13. Netzstruktur: EU, national (CEPS und NEPS, Betreiber FBG) Netzfunktion: Sicherstellung der strategischen Versorgung ziviler und militärischer Großabnehmer (Flughäfen, Häfen, Raffinerien) mit Kraft- und Treibstoffen sowie Naphtha. Speichertechnologien: Kraftstoffspeicher, Netzkapazität. Erdölspeicher in Deutschland haben eine Kapazität von rund 27,6 Mio. m3, womit eine Versorgung für rund 2 Monate gewährleistet werden kann. Die Bevorratung für Erdölprodukte ist gesetzlich geregelt. Das Gesetz fordert eine Bevorratung der jeweiligen Erdölprodukte durch den Erdölbevorratungsverband für 90 Tage bezogen auf die Durch-schnittsnettoeinfuhren 9, die entweder in Deutschland oder in anderen Ländern der Europäischen Union erfolgen kann. Gegenwärtig wird diese Verpflichtung mit einer Reserve von 23,6 Mio. t Rohöl und Mineralölprodukten erfüllt 10. Eine strategische Bundesrohölreserve existiert nicht mehr. Auf Beschluss der Bundesregierung wurde diese ab 1997 bis 2001 aufgelöst. Die Speicherstandorte in Deutschland sind in Abb. 4 dargestellt. Ein Beispiel für die militärische Infrastruktur ist das CEPS (Central European Pipeline System) mit über 5500 km Pipelines, die 30 Nato-Depots und 6 zivile Depots sowie militärische und zivile Großabnehmer miteinander verbinden. Das System hat eine Gesamtspeicherkapazität von 1,22 Mio. m3 und ist in Abb. 6 dargestellt 12. Karte des Nato-Pipeline Netzes CEPS (Central Europe Pipeline System); © NATO 12. Speicherfunktion: Strategische Sicherheit, zivile/militärische Verkehrsinfrastruktur. Anmerkungen: Das Treib- und Kraftstoffnetz selbst, als ein Transportnetz stofflicher Energieträger, kann sowohl Transport- als auch Speicherfunktionen bedienen. Die Speicherkapazität der Pipelines und Transportbehälter (Tanklastzüge, Kesselgüterwagen, Tankstellen, etc.) ist beträchtlich und kann kurzfristige Schwankungen ausgleichen, ohne die eigentlichen Speicher ansprechen zu müssen. Die Versorgung mit Kraftstoffen für andere Verbraucher wird über eine logistische Infrastruktur gewährleistet, die die Kraftstoffe, ausgehend von den großen Häfen mit großen Lagereinrichtungen (z. B. Hamburg, Rotterdam) per Binnenschiff, Bahntransport und LKW an Abnehmer verteilt. An den Knotenpunkten und Verteilzentren werden Kraftstoffe oberirdisch in großen Tanks gelagert. Aktuell werden diese verschiedenen Energieversorgungs- und -verteilnetze unabhängig voneinander betrieben. Eine verstärkte Kopplung der Energienetze wirft die Frage nach einer gemeinsamen Kommunikations- und Koordinationsstruktur für die benötigte gegenseitige Abstimmung auf. Eine Übersicht über die Netze und Speicherkapazitäten ist in Tab. 2 gegeben. Sie z" @default.
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