Studienvergleich. Titel. Zielsetzung und Fragestellung

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1 Studienvergleich Titel Kombikraftwerk 2. Abschlussbericht Zielsetzung und Fragestellung Das Forschungsprojekt Kombikraftwerk 2 untersucht, inwieweit die Versorgungszuverlässigkeit und Versorgungsqualität bei einer vollständigen Stromversorgung auf Basis Erneuerbarer Energien in Deutschland gewährleistet werden können. Nachdem das Projekt Kombikraftwerk 1 im Jahr 2007 zeigte, dass Erneuerbare Energien zusammen mit Stromspeichern jederzeit den Strombedarf decken können, legt das Folgeprojekt Kombikraftwerk 2 den Fokus auf die Netzstabilität. Im Vordergrund steht hier die Frage, ob ein rein auf Erneuerbaren Energien beruhendes Stromsystem jederzeit und überall im Stromnetz die erforderlichen Systemdienstleistungen erbringen und die vorgegebenen Parameter bei Spannung und Frequenz einhalten kann. Zentrale Ergebnisse

2 Versorgungssicherheit auch bei 100 Prozent Strom aus Erneuerbaren Energien gewährleistet Das Forschungsprojekt Kombikraftwerk 2 zeigt, dass die Netzstabilität bei einer intelligenten Kombination aus Erneuerbaren-Energien-Anlagen, Speichern und Backupkraftwerken gewährleistet werden kann. Damit Erneuerbare-Energien-Anlagen aktiv zur Systemstabilität beitragen können, müsse das Stromsystem aber technisch und regulatorisch weiterentwickelt und konsequent auf die Erneuerbaren Energien ausgerichtet werden. Dazu gehöre ein angepasster Netzausbau, die Anpassung der Marktregularien, die Schaffung ausreichender Flexibilitäten und Stromspeicher. Gegenüber der Netzentwicklungsplanung der Übertragungsnetzbetreiber bis zum Jahr 2032 seien für eine 100 Prozent-Versorgung durch Erneuerbare Energien nur wenige Zubaumaßnahmen notwendig. Erneuerbare Energien können Systemdienstleistungen erbringen, wenn der Markt entsprechend angepasst wird. Technisch seien Erneuerbare Energien bereits heute in der Lage, zur Netzstabilität beizutragen. Dies hätten Feldtests mit realen Anlagen erwiesen. Der Zusammenschluss von dezentralen Wind-, Solar- und Bioenergieanlagen in Kombikraftwerken könne die Nachteile einzelner Anlagen, z.b. Prognosefehler, Fahrplanabweichungen oder Ausfälle, ausgleichen. Die Verknüpfung und zentrale Steuerung dezentraler Anlagen ermögliche daher ein verlässliches Angebot von Systemdienstleistungen. Damit auch Photovoltaik- und Windenergieanlagen, deren Einspeiseleistung sich nur mit einer Vorlaufzeit von einigen Stunden bis zu etwa einem Tag genau genug vorhersagen lasse, Systemdienstleistungen am Markt anbieten können, fordern die Forscher kürzere Ausschreibungsfristen und Vorlaufzeiten für den Regelleistungsmarkt. Auch für den flexiblen Betrieb von Biomasse, Biogas- und Biomethananlagen wären kürzere Fristen von Vorteil. Die Nachweisführung der Regelenergiebereitstellung solle sich zudem an der tatsächlichen möglichen Einspeisung von Wind- und Photovoltaik-Anlagen orientieren. Die Einhaltung eines zeitlich konstanten Fahrplans für fluktuierende Energieträger würde zu viele Nachteile mit sich bringen. Zentrale Annahmen und Thesen Gewährleistung der Netzstabilität eine der Schlüsselfragen der Energiewende Ausgangspunkt des Forschungsprojekts ist die kontroverse Debatte um die Gewährleistung der Netzstabilität in einem Stromsystem, das vollständig auf Erneuerbaren Energien bzw. einem hohen Anteil fluktuierender Energieträger beruht. Die Lieferung einer stabilen Spannungsqualität in den Stromnetzen wird als Grundvoraussetzung für die Versorgungssicherheit betrachtet. Um konventionelle Kraftwerke im Zuge der Energiewende zunehmend abzulösen,

3 müssen erneuerbare Energieanlagen Beiträge zur Frequenz- und Spannungsregelung leisten. Den Nachweis zu führen, dass das möglich ist, ist das Ziel des Forschungsprojekts. Rahmendaten des untersuchten 100%-Szenarios Das im Kombikraftwerk 2 analysierte Szenario bildet eine rein auf Erneuerbaren Energien beruhende Stromversorgung ab. Wichtige Eingangsdaten sind der unterstellte Stromverbrauch inklusive Netz- und Speicherverlusten (601 TWh/a), die Anteile der einzelnen Energieträger an der Erzeugung und Vorgaben zu den Volllaststunden. Daraus ergeben sich dann für die betrachteten Technologien die zu installierenden Leistungen. Wind- und Sonnenenergie leisten in diesem Zukunftsszenario den größten Beitrag, indem sie 60 Prozent (Wind) bzw. 20 Prozent (Photovoltaik) der gesamten Erzeugung liefern. Die Bioenergie trägt etwa 10 Prozent zur Versorgung bei, der Rest entfällt auf Wasser- und Geothermiekraftwerke. Die Bilanz von Stromimporten und -exporten wird über das Jahr als ausgeglichen angenommen. Als Speicher berücksichtigen die Forscher Pumpspeicher, Batterien und Power-to-Gas-Anlagen. Insgesamt sieht das Szenario 54 Gigawatt (GW) Gaskraftwerke vor, die mit Biomethan und Methan gespeist werden, das aus überschüssigem Wind- oder Solarstrom gewonnen wird. Die Methangewinnung erfolgt demnach in Power-to-Gas-Anlagen mit einer Gesamtleistung von ca. 13 GW. Des Weiteren unterstellt das Szenario, dass jede dritte PV-Anlage auf Dächern oder an Hauswänden mit einer Batterie zur Speicherung von Solarstrom ausgerüstet ist. Für das Stromnetz wird die Entwicklung nach dem Szenario 2032B des Netzentwicklungsplans 2012 zugrundegelegt. Auf dieser Grundlage wird untersucht, inwieweit weitere Ausbaumaßnahmen für einen stabilen Betrieb des Stromsystems vonnöten sind.

4 Methodik

5 Die Forscher skizzieren ein Zukunftsszenario eines vollständig auf Erneuerbaren Energien fußenden Stromversorgungssystems, das die Standorte von Stromerzeugern und Speichern, den Stromverbrauch und das Stromnetz zeitlich und räumlich hoch aufgelöst darstellt. In diesem Szenariorahmen simulieren sie unter Zugrundelegung realer Wetter- und Lastdaten den Zustand des Versorgungssystems. Sie prüfen, ob das vollständig auf Erneuerbaren Energien beruhende System ausreichend Regelleistung zur Frequenzhaltung und Blindleistung zur Spannungshaltung bereitstellen kann, ob Netzengpässe umgangen bzw. behoben werden können und inwieweit der Versorgungswiederaufbau nach einem Zusammenbruch des Stromnetzes wieder funktionieren kann. Die Verteilnetze, der Wärme- und Verkehrssektor werden dabei nicht näher betrachtet. Die theoretischen Betrachtungen werden durch einen Labortest zum Versorgungswiederaufbau und durch mehrere Feldtests ergänzt. Im Feldtest sind Windenergie-, Photovoltaik- und Bioenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von rund 80 Megawatt zu einem Kombikraftwerk zusammengeschaltet und zentral über eine digitale Leitwarte gesteuert worden.