Der Umstieg auf eine Energieversorgung mit 100 % erneuerbarer Energie stellt unser Energiesystem vor große technische und organisatorische Herausforderungen. Um eine sichere und effiziente Bereitstellung von Strom und Wärme auch in Zukunft gewährleisten zu können, braucht es neue Ansätze bei der Energieverteilung und -speicherung und eine Flexibilisierung des Energiebedarfs.
Elektrische, thermische und chemische Speicher sind Schlüsseltechnologien für ein Energiesystem, das auf der dezentralen Energieversorgung aus fluktuierenden Quellen wie Wind und Sonne basiert. Um das ambitionierte Ziel „Klimaneutralität bis 2040“ in Österreich erreichen zu können, muss ein integriertes Energiesystem geschaffen werden, in dem Energiespeicher zentrale Funktionen einnehmen. Speicher können Schwankungen zwischen Energieerzeugung und -verbrauch ausgleichen, Flexibilität für die Netze bereitstellen und damit zur Systemstabilität, Sicherheit und Versorgungsqualität beitragen. Innovative Speichertechnologien werden sowohl für den Strom- und den Wärmemarkt als auch in der Mobilität und der Industrie in Zukunft eine zunehmend wichtige Rolle spielen und stellen auch einen zentralen Baustein für die Kopplung dieser Sektoren dar.
Auf nationaler und internationaler Ebene werden zahlreiche neue Speichertechnologien und deren Anwendungsfelder erforscht, weiterentwickelt und in der Praxis demonstriert. Innovationen sind sowohl in technischer als auch in ökonomischer Hinsicht notwendig. Forschung und Entwicklung zielen u. a. auf die Reduzierung der Investitionskosten, eine längere Lebensdauer und höhere Effizienz, ein kompaktes Design sowie die höhere Sicherheit von Speichersystemen. Außerdem müssen passende Geschäftsmodelle und rechtliche Rahmenbedingungen entwickelt werden. In dieser Ausgabe stellen wir einige nationale Forschungsprojekte sowie die internationale Forschungszusammenarbeit im Rahmen der Technologieprogramme der Internationalen Energieagentur (IEA) vor, die ein breites Themenspektrum von der Batterieentwicklung bis hin zu großflächigen Wärmespeichern und der Sektorkopplung abdecken.
Strom und Wärme kurz- oder langfristig speichern
Bei der Energiespeicherung wird nach dem Speicherprinzip sowie nach Kurzzeit- und Langzeitspeicherung unterschieden. Elektrische Energie kann mechanisch (z. B. Pumpspeicher, Druckluftspeicher), elektrochemisch (klassische Batterie), chemisch (z. B. Umwandlung von Strom in Wasserstoff/Methan), elektrisch (magnetische Speicher) und thermisch gespeichert werden. Wärme-/Kältespeicher lassen sich nach Speicherprozess und Speichermedien unterscheiden (z. B. sensible Wärmespeicher, Latentwärmespeicher, thermochemische Speicher). Für die langfristige Energiespeicherung zum Ausgleich von Energieerzeugung und -verbrauch sind Technologien zur Sektorkopplung von besonderem Interesse. Darunter versteht man die Verknüpfung verschiedener Energiesektoren, wie z. B. den Stromsektor mit dem Gas- und Wärmesektor durch Umwandlung und Speicherung der Energie (z. B. Power-to-Heat, Power-to-Gas). Dies erhöht die Flexibilität im Energiesystem und ermöglicht die Integration von erneuerbaren Energien.
Potenziale und Maßnahmen für die Integration von Energiespeichern
Bereits 2015 startete der Klima- und Energiefonds die „Speicherinitiative“, um fundierte Informationen über Speichertechnologien und deren potenziellen Einsatzbereiche im Energiesystem zu erheben und für mögliche Marktteilnehmer:innen bereitzustellen. Im Austausch mit zahlreichen nationalen und internationalen Expert:innen betrachtete das Projektteam die gesamte Innovationskette von der Forschung bis in den Markt. Österreich verfügt bereits über große Technologiekompetenz im Bereich Strom- und Wärmespeicherung. Zahlreiche heimische Unternehmen (u. a. vom Maschinenbau, über Assembling und Engineering bis zu Forschung und Entwicklung) beschäftigen sich mit Lösungen für die Energiespeicherung. Die Weiterentwicklung und Praxiserprobung der Speichertechnologien sollte in den kommenden Jahren noch forciert werden, um neue Einsatzbereiche wie u. a. Hochtemperatur, Saisonspeicherung, modulare Pumpspeicher und Wasserstoff/Methan zu erschließen.
In der zweiten Phase der Speicherinitiative wurden gemeinsam mit nationalen Expert:innen und Stakeholdern 10 konkrete Zielbilder für den Einsatz von Energiespeichersystemen in Österreich für das Jahr 2030 erarbeitet und in der Folge im Rahmen einer internationalen Resonanzgruppe und in enger Abstimmung mit Vertreter:innen des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) evaluiert. Die erarbeiteten Zielbilder wurden abschließend im Zuge einer Onlinekonsultation unter anderem hinsichtlich Potenzial und Unterstützungsbedarf bewertet und Umsetzungsmaßnahmen zum Abbau von Hürden abgeleitet. Dazu zählen u. a. die Verbesserung der rechtlichen Rahmenbedingungen, das Sicherstellen der Datenverfügbarkeit und Interoperabilität, die Entwicklung von neuen Geschäftsmodellen, die Umsetzung von Pilot- und Demonstrationsprojekten, geeignete Planungswerkzeuge sowie entsprechende Aus- und Weiterbildungsprogramme. www.speicherinitiative.at
Zielbilder für den Einsatz von Energiespeichersystemen in Österreich 2030
(gereiht nach Potenzial in absteigender Reihenfolge)
> direkte und indirekte Nutzung von Strom- und Wärmespeichern durch Energieversorger zur Optimierung des Gesamtsystems
> Einsatz von Batteriespeichern zur Lastspitzenreduktion in der Industrie
> saisonale Stromspeicherung über Power-to-Gas-Anlagen
> saisonale Wärmespeicherung mit Erdbeckenspeichern, Erdsondenfeldern (oft in Kombination mit Wärmepumpen) oder alternative Konzepte (z. B. thermochemische Speicher)
> netz- und systemdienliche Nutzung privater Strom- und Wärmespeicher (Power-to-Heat)
> gemeinschaftliche Nutzung von (zentralen) Stromspeichern in Energiegemeinschaften
> Wärmespeicher zur Abwärmenutzung in Industrie- und Gewerbebetrieben
> Nutzung der Batterien von Elektro-Fahrzeugen zur lokalen Netzstabilisierung
> lokale Stromspeicher als netz- und systemdienliche Betriebsmittel für Netzbetreiber
> Stromspeicher in Energiegemeinschaften als virtuelles Kraftwerk bzw. virtueller Speicher
