Zukünftige Speicherbewirtschaftung bei regenerativer Stromerzeugung am Beispiel Österreichs

Abstract

Der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung wird in den nächsten Jahrzehnten kontinuierlich zunehmen. Deren fluktuierendes Dargebot deckt sich oftmals nicht mit dem Verbrauch. Diese stetige Diskrepanz kann nur mit Energiespeichern ausgeglichen werden. Um überhaupt eine Vollversorgung Österreichs mit erneuerbaren Strom zu ermöglichen, reichen die bestehenden Energiespeicherkapazitäten nicht aus.<br />Die dargebotsabhängige Einspeisung aus Photovoltaik, Wind- und Laufwasserkraft weist in Österreich ein durchschnittliches jährliches Erzeugungspotenzial von 81TWh auf. Zusätzlich liefert der natürliche Zufluss der Speicherkraftwerke weitere 10TWh pro Jahr an Energie.<br />Demgegenüber stehen 69TWh an Last, die auf dem Gesamtstromverbrauch Österreichs aus dem Jahr 2008 basieren.<br />Zur Abbildung der bestehenden (Pump-)Speicher Österreichs wird ein Modell erstellt, das für jedes der 81 Kraftwerke deren spezifische Durchflussmengen und Speicherinhalte berücksichtigt. Mit diesem Werkzeug wird eine Speicherbewirtschaftung bei einer Energieversorgung mit erneuerbaren Strom analysiert. Diese zeigt, dass ein Ausgleich zwischen der fluktuierenden regenerativen Erzeugung und dem Verbrauch nur mit den bestehenden Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken nicht möglich ist. Es reichen sowohl die installierten Leistungen, als auch die installierten Speicherinhalte nicht aus. Daher wird ein zusätzlicher Speicher auf Basis von Wasserstoff zum Ausgleich der fehlenden Speicherkapazität eingesetzt. Diese Technologie für sich alleine kann ebenfalls keine Anpassung der Erzeugung an die Last für Österreich bewerkstelligen.<br />Dessen geringer Strom-zu-Strom-Wirkungsgrad verursacht Speicherverluste, die die zugeführte Energiemenge übersteigt. Erst die Kombination der (Pump-)Speicher mit dem Wasserstoffspeicher ermöglicht zu jedem Zeitpunkt eine Lastdeckung. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit die Grenze des Lastanstiegs in den nächsten Jahrzehnten bestimmt, ab der die Verluste durch Speicherung den Überschuss der maximal möglichen regenerativen Erzeugung übertreffen.<br />Die durchschnittliche regenerative Erzeugung liegt in den betrachteten vierjährigen Zeitraum bei knapp 89TWh jährlich. Im Referenzszenario 2008 müssen neben dem Endverbrauch von 68,6TWh zusätzlich die Speicherverluste in der Höhe von 14,3TWh gedeckt werden. Es verbleibt ein ungenutztes Erzeugungspotenzial von 6,0TWh. Diese überschüssige Energie ermöglicht ein Laststeigerungspotenzial von 3,5TWh, welches durch die Verluste der Wasserstoffspeicherung begrenzt ist. Die Erhöhung des Verbrauchs von 5,0% ist daher mit einem überproportionalen Wachstum der Gesamtspeicherverluste von 17,6% verbunden.<br />

The share of electricity generated by renewable sources will continuously increase during the next few decades. Their fluctuating supply often cannot reach the demand of the current load. This mismatch can only be leveled out by energy storage devices. To accomplish the exclusive supply of Austria with renewable electricity the currently installed energy storage capacities are not sufficient.<br />The average annual potential of electricity generated in Austria by photovoltaics, wind power and conventional hydroelectrics accounts for 81 TWh. In addition another 10TWh of energy is delivered by storage power plants from natural influx. In contrast there is 69TWh of load based on the electrical power consumption of Austria in 2008.<br />A model of the existing (pump-)storage power plants in Austria is being developed, which considers the specific flow rates and storage capacity of every one of the existing 81 plants. With this tool their storage planning with a renewable electricity power supply is being analyzed. It will be shown, that equilibrium between power generation and consumption is not possible with the currently installed (pump-)storage power plants. Both the generation and the storage capacities are not sufficient. Hence an additional storage based on hydrogen is used to deliver missing storage availability. This technology alone is also not able to balance the load for Austria. Its conversion losses exceed the power generation surplus. However the combination of (pump-)storage and hydrogen makes load balancing possible.<br />Furthermore, this thesis determines the maximum increase in load for the next few decades. The threshold is reached, when the storage loss equals the generation surplus. The average annual power generation from renewable sources for a 4 year period is nearly 89TWh. The load in the 2008 reference scenario accounts for 68.6TWh per year. In addition another 14.3TWh of storage losses have to be covered. An unused power generation of 6.0TWh remains. This generation surplus allows an increase in load of 3.5TWh, which is confined to the losses of the hydrogen storage. An increase in load by 5.0% is therefore associated with a more than proportional rise in overall storage losses by 17.6%.<br />