Erzeugung von mehr Wind- und Solarstrom für Peakzeiten ist günstiger als die Speicherung

Für Deutschland hatte das Fraunhofer Institut bereits 2007 sein Kombikraftwerk Konzept für eine 100 prozentig regenerative Energieversorgung auf Basis von Wind, Sonne und Biogas vorgestellt. Jetzt wurden von der Uni Delaware für das Stromverbundnetz von 13 US-Bundesstaaten auf Grundlage der empirischen Verbrauchs- und Klimadaten der Region Konzepte simuliert. Sie kommen jeweils für die Kombination aus Wind, Sonne und Speichern bis auf eine 99,9 prozentig regenerative Stromversorgung. Der Rest soll durch Backupkraftwerke mit Erdgasverfeuerung gedeckt werden. Biomasse ist in diesem Konzept nicht erforderlich.

Bis 2030 können erneuerbare Energiequellen danach das Verbundnetz zu 99,9% der Zeit versorgen und das zu den heutigen Stromkosten. Eine aufeinander abgestimmte Kombination von Windkraft, Solarenergie, Speicherung und H2-Brennstoffzellen erreicht diesen hohen Deckungsgrad und hält die Kosten niedrig. Die Simulationen ergaben, dass die Erzeugerkapazität so ausgelegt sein sollte, dass auch die Verbrauchsspitzen regenerativ gedeckt werden. Das erwies sich als kostengünstiger als die Speicherung von Strom für diese Bedarfsspitzen. Mitautor Willett Kempton: "Die Ergebnisse widerlegen die bisher verbreitete Vorstellung, dass erneuerbare Energieträger zu unzuverlässig und zu teuer seien. Der Schlüssel ist die richtige Kombination der Energiequellen und Speicherung."

Zur Ermittlung der Auslegung entwickelten die Autoren ein Computermodell in dem sie jeweils das Optimum dieser Kombinationen errechneten. Es wurden dabei 28 Mrd. Kombinationen aus regenerativen Energiequellen und Speicherarten jeweils über einen Zeitraum von vier Jahren anhand der empirischen Wetter- und Elekrizitätsverbrauchsdaten berechnet. Das Modell umfasste den überregionalen Stromnetzverbund PJM Interconnection der 13 US-Bundesstaaten von New Jersey bis Illinois und damit ein Fünftel des US-amerikanischen Stromnetzes ausmacht.

Schwerpunkt der Studie war die Minimierung der Kosten. Dabei fanden die Forscher, dass die Erzeugung von mehr regenerativer Elektrizität billiger ist als die Speicherung für Peakzeiten. Als Speicher wurden Batterien und Wasserstoffspeicherung berechnet, bei denen jede Speichervergrößerung zu relativ hohen Kosten führt. Dennoch, so Mitautor Cory Budischak, "können wir mit Wasserstoffspeicherung das elektrische System mit seinem Bedarf von 72 GW zu 99.9 Prozent der Zeit beliefern, und zwar mit installierten 17 GW Solarenergie, 68 GW Offshore Wind, und 115 GW Onshore Wind".

Um diesen hohen Deckungsgrad zu erreichen sei:

• die Ausdehnung des geographischen Gebietes,
• die Nutzung unterschiedlicher regenerativer Quellen,
• der Einsatz von Speichersystemen und
• für die letzen Prozentbruchteile die Verbrennung von Erdgas in Backup-Kraftwerken erforderlich.

Während der Zeiten, wenn es in der Simulation nicht genug erneuerbare Energie gab und die Ladung der Speicher nicht mehr ausreichte, wurde die fossile Verbrennung "zugeschaltet". Bei Überschuss an regenerativer Energie füllte das Modell erst die Speicher, weitere Überschüsse ließ man dann verloren gehen. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass die Realisierung eines solchen Verbundkraftwerkes bis 2030 ohne Subventionen kostenmäßig auf dem Niveau heutiger fossiler Versorgung liegt. Dabei wurden aber auch die externen Kosten, etwa Gesundheitsschäden durch die fossile Energiegewinnung miteingerechnet. Die Kosten für Wind und Solar werden für 2030 mit rund der Hälfte der heutigen Kosten angenommen. Die Instandhaltungskosten wurden mit heutigem Preisniveau berechnet.