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Energiespeicher

2015-08-17T14:01:19+02:00

Die Speicherung von Energie spielt in einer Welt der dezentralen Energieversorgung sowie in der Elektromobilität eine wichtige Rolle. Flexible Strom-, Flüssigkeits-, Wärme- bzw. Kälte- und auch Treibstoffspeicher werden benötigt, um eine sichere Versorgung zu gewährleisten.

Stromspeicher

In der Stromversorgung spielen die mechanischen Stromspeicher derzeit die wichtigste Rolle. Dazu zählen Pumpspeicherkraftwerke oder auch Schwungradspeicher. Eine weitere Kategorie bilden die elektrochemischen Speicher wie Batterien in den verschiedensten Variationen und Baugrößen.

Chemische Energiespeicher

Die wichtigsten Vertreter chemischer Energiespeicher sind der Wasserstoff, das synthetische Methan (Erdgas) sowie der synthetische Alkohol, insbesondere das Methanol. Im Power-to-Gas-Verfahren werden mittels Strom aus erneuerbaren Energien (Windenergie, Solarstrom etc.) synthetische Gase erzeugt, die zwischengespeichert oder beispielsweise in das Erdgasnetz eingespeist werden können. In einem zweiten Schritt (Power-to-Liquid) kann das erzeugte Gas (kurze C-Ketten) über einen Prozess der Synthese zu langkettigen Kohlenwasserstoffen auch in flüssige Biotreibstoffe umgewandelt werden.

Thermische Energiespeicher

Die Speicherung thermischer Energie erfolgt in Wärmespeichern. Unterschieden wird zwischen Latentwärmespeichern, sensiblen Wärmespeichern und thermochemischen Wärmespeichern.
Das wichtigste eingesetzte Medium zur Speicherung von Wärme in der Energieversorgung (Heizungsanlagen, solare Speicher, saisonale Langzeitspeicher) ist das Wasser. Begrenzt wird die Speichertemperatur allerdings vom Siedepunkt des Wassers.

Speichermarkt

2015-08-17T14:01:19+02:00

Vor dem Hintergrund der internationalen Klimaschutzziele und Ziele zum Umbau der Energieversorgung auf dezentrale Anlagen auf Basis erneuerbarer Energien haben flexible und leistungsfähige Energiespeicher eine große Bedeutung für die künftige Energieversorgung.

Aufgrund der vielfältigen Einsatzbereiche (Strom, Wärme und Treibstoffe/Mobilität) decken Speichertechniken ein breites Spektrum unterschiedlicher technischer Lösungen ab.

Während Techniken zur mechanischen Speicherung von Strom in Pumpspeicherkraftwerken oder zur Speicherung von Niedertemperaturwärme bereits Stand der Technik sind, befinden sich andere Technologien wie die Speicherung von Strom mit Hilfe von Batterien, Power to Gas oder Power to Heat noch in einem frühen Marktstadium.

Forschung und Entwicklung unterstützten Einführung neuer Speichertechniken

Kennzeichen des Speichermarktes sind umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Diese können in Kombination mit den sonstigen Rahmenbedingungen dazu beitragen, dass sich in relativ kurzer Zeit neue Speichertechniken etablieren könne. So hat sich im Bereich der Speicherung von Solarstrom z.B. innerhalb weniger Jahre in Deutschland flankiert durch das Programm Erneuerbare Energien "Speicher" der Kreditanstalt für Wiederaubau (KfW) eine dynamische Entwicklung auf dem Makt für PV-Stromspeicher vollzogen.

PV-Stromspeicher

2015-08-17T13:48:32+02:00

Mit Solarstromspeichern hat sich in Deutschland seit 2013 aus einem Nischenprodukt ein neues Marktsegment entwickelt. Gestützt wird der Markt für Solarstromspeicher durch das KfW-Programm Erneuerbare Energien "Speicher“. Im Rahmen des Programms werden stationäre Batteriespeicher zur Verwendung in Kombination mit PV-Anlagen durch zinsgünstige Kredite sowie Tilgungszuschüsse und eine Zinsbindung von 20 Jahren gefördert.

Das Marktwachstum führt zu signifikant sinkenden Endkundenpreisen. Im Bereich der marktdominierenden Lithium-Ionen-Batteriespeicher sind die Systempreise ausgehend vom Speichermonitoring des Instituts für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen in den letzten vier Jahren um über 50 % zurückgegangen. Derzeit bewegen sich die Systempreise für Endverbraucher im Durchschnitt unter 1.500 Euro/kWh. Damit werden Speicher für private Endkunden immer attraktiver. Der Einstieg von Automobilunternehmen in den Speichermarkt verstärkt die Erwartungshaltung auf künftige Preissenkungen, die aus Synergieeffekten mit dem Elektromobilitätssektor resultieren.

Zwischen Mai 2013 und Ende 2016 wurden etwa 54.000 dezentrale Solarstromspeicher mit einer kumulierten nutzbaren Speicherkapazität von etwa 400 MWh an die Niederspannungsnetze angeschlossen. Für knapp 24.000 Systeme hat die KfW bis Ende 2016 eine Förderzusage erteilt.

Einen Überblick über die Markt-Anteile der Speicher-Hersteller im Jahr 2016 nach KfW-Förderung gibt die nachfolgende Tabelle.

Marktanteile der Hersteller von geförderten PV-Speichern im KfW-Programm Erneuerbare Energien "Speicher" 2016

Rang	Hersteller	Anzahl	Marktanteil [%]
1	Sonnen	900	17,5
2	DEV	885	17,2
3	E3/DC	784	15,2
4	SMA	387	7,5
5	LG	385	7,5
6	Fronius	223	4,3
7	Tesla	217	4,2
8	Solarwatt	207	4,0
9	Samsung	196	3,8
10	Varta	142	2,8
11	Solarworld	104	2,0
12	IBC	71	1,4
13	Nedap	59	1,1
14	Kostal	54	1,1
15	Daimler	48	0,9
16	SolarInvert	43	0,8
17	Fenecon	34	0,7
18	Sony	34	0,7
19	SolarEdge	28	0,5
20	Benning	27	0,5
	Sonstige	327	6,3

Quelle: IWR, Daten: ISEA, RWTH-Aachen, Stand Juli 2017

Akteure der Speicherbranche

2015-08-17T13:48:32+02:00

Die Speicherbranche bietet in den Bereichen Strom, Wärme und Mobilität ein breites Spektrum an Speicherlösungen an. Zum Teil handelt es sich um technisch ausgereifte Lösungen, die von Unternehmen angeboten werden, die am Markt bereits etabliert sind. Aufgrund des Umbaus der Energiewirtschaft im Zuge der Energiewende zu einem dezentralen Versorgungssystem wächst der Bedarf an neuen und intelligenten Speicherlösungen. Die Speicherbranche befindet sich daher am Anfang einer dynamischen Entwicklungsphase.

Angesichts des großen Angebots an Speicherlösungen wird sich dabei in den verschiedensten Industrie- und Dienstleistungssektoren in den Segmenten Strom, Wärme und Treibstoffe ein breites Spektrum von Akteuren entwickelt. Die Wertschöpfungskette erstreckt sich von der Herstellung von Isolierungen und Behältern über die Produktion von Batteriespeichern für stationäre und mobile Anwendungsbereiche, die Herstellung von Steuerungs-, Regelungs- und Pumpentechnik über die Planung von Anlagen (Kleinanlagen bis Kraftwerke), die Herstellung bis hin zur Anlagen-Assemblierung und Errichtung.

1. Industrielle Herstellung und Fertigung

Anbieter von Speicherlösungen

Das Anwendungsspektrum von Speicherlösungen ist sehr breit gefächert. Je nach Einsatzbereich (Strom, Wärme oder Mobilität) und Anwendungsfall (Wärmespeicher Einfamilienhaus bis zu Stromspeicherung durch Pumpspeicherkraftwerke im hohen Leistungsbereich) handelt es sich bei den Herstellern und Anbietern von Speicherlösungen um Unternehmen verschiedenster Größenordnungen. So sind im Wärmesegment z.B. spezielle Hersteller von Schichtspeichern aus dem Bereich des Behälterbaus oder auch große Heizungsbauunternehmen tätig. Mit Blick auf die Speicherung von Strom bilden die Hersteller von elektrochemischen Speichern wie Batterien eine weitere Akteursgruppe. In den Bau von Pumpspeicherkraftwerken sind große nationale und internationale Konzerne eingebunden, die weltweit tätig sind.

Zulieferer und Komponentenhersteller

Beim Bau von Speichern stellt die Zulieferindustrie einen zentralen Teil der Wertschöpfungskette dar. Die Zulieferunternehmen stammen insbesondere aus den Wirtschaftszweigen Stahl-, Maschinenbau, Elektrotechnik sowie der Chemieindustrie.

Zu den wichtigen Zulieferunternehmen der Speicherbranche zählen z.B. die Hersteller von Großkomponenten wie z.B. Turbinen, Pumpen und Generatoren. Des Weiteren gehören Hersteller von Steuerungs- und Regelungstechnik, Isolierstoffen sowie Rohren oder und Behältern zu den Unternehmen des Zuliefersektors der Speicherbranche.

2. Planung und Projektierung

Planungs- und Projektierungsgesellschaften

Das Anforderungsspektrum an die Planung Speicheranlagen varriert je nach Größe und Leistung des geplanten Projektes sehr stark. Die Planung und Realisierung von Großanlagen wird oft von spezialisierten Projektierungs-Unternehmen oder den Anlagenherstellern übernommen. Zu den Aufgaben der Projektierer gehört neben der Standortwahl die Planung der Brennstoffversorgung. Sofern es sich um regenerative Erzeugungsanlagen wie Windenergie- oder Photovoltaikanlagen handelt, müssen zudem die Windverhältnisse bzw. das solare Strahlungsangebot analysiert werde. Des Weiteren umfasst das Aufgabenspektrum von Projektierern die Zusammenstellung von geeigneten Anlagenkonfigurationen, die Analyse der Wirtschaftlichkeit des Vorhabens und die Umsetzung von Genehmigungsverfahren. Zu den weiteren Aufgaben von Projektierern gehören die Betreuung der Errichtung und die Übergabe der Anlage an den Betreiber/Investor.

Energiehandwerker

Bei Heizungs-Anlagen wie z.B. Öl-, Gas- und Holzheizungen sowie Wärmepumpen und Solaranlagen zur Wärme- und Warmwasserversorgung übernehmen oft Energiehandwerker und Sanitär- und Heizungsinstallateure die Planung und Projektierung der Anlagen.

3. Finanzierung und Versicherung

Banken und Finanzinstitute

In Abhängigkeit von der Höhe der Investitionskosten und Größe der Energie-Erzeugungsanlage werden Projekte als klassisches Zinszahlungsdarlehen über eine Unternehmens- oder Projektfinanzierung oder im Rahmen von Projektkonsortien realisiert. Zu den Investorengruppen zählen unter anderem Großkonzerne, Stadtwerke oder KMU. Bei Heizungsanlagen für Wohn- und Firmengebäude oder Speicher für Photovoltaikanlagen erfolgt die Finanzierung über Kreditfinanzierungen der Anlagen inklusive Speicher durch Privatbanken sowie öffentliche Banken wie die staatliche Förderbank KfW.

Versicherungsgesellschaften

Der Bau von Großspeicheranlagen, insbesondere von Großanlagen wie Pumpspeicherkraftwerken auf nationaler und internationaler Ebene ist an die Absicherung durch Versicherungen gebunden. Wegen der hohen Investitionssummen bei Großanlagen stellt das Risikomanagement eine große Herausforderung bei Großprojekten dar. Insbesondere bei den Großanlagen können von Baubeginn bis zur Inbetriebnahme sowie beim Anlagenbetrieb vielfältige Risiken entstehen, die abgesichert werden sollten.

4. Errichtung und Wartung

Bauunternehmen und Anlagenhersteller

Bauunternehmen und Anlagenbauer übernehmen die Errichtung der Anlagen und die Installation von Infrastruktureinrichtungen wie Speicherbehältern, Batterien, Kabeln und Rohrleitungen. Zum Teil setzen die Unternehmen die Projekte als Generalunternehmer schlüsselfertig um. Bei Großprojekten können mehrere Unternehmen in Arbeitsgemeinschaften an den Projekten beteiligt sein. Kleinere Anlagen mit Wärmespeichern oder PV-Stromspeichern werden durch ortsansässige Handwerksunternehmen errichtet.

Service- & Wartungsunternehmen

Für die Betreiber von Großspeichern ist ein störungsfreier Betrieb der Anlagen essentiell für die Wirtschaftlichkeit. Eine wichtige Rolle haben die Betriebsführung und der Service der Speicheranlagen. Die Wartung wird von den Anlagen-Herstellern oder externen Dienstleistungsunternehmen übernommen. Dazu werden von den Service- und Wartungsunternehmen spezielle Analysen und Untersuchungen durchgeführt.

Bei Wärmespeichern für Heizungsanlagen oder Stromspeichern für Photovoltaikanlagen übernehmen die Energiehandwerker und die Installateure der Sanitär- und Heizungsbranche bzw. des Elektrohandwerks i.d.R. die Errichtung und die Wartung der Anlagen.

5. Zertifizierung und Prüfung

Bei Anlagen zur Stromspeicherung stellen unabhängige Zertifizierungs- und Prüfinstitute sicher, dass die technischen Anforderungen für den Anlagenbetrieb und die Netzeinspeisung eingehalten werden.

6. Anlagenbetrieb

Die Palette der Betreiber von Energiespeichern ist aufgrund des breiten Spektrums von Einsatzbereichen (Strom, Wärme, Mobilität) und Anwendungsfällen (Einfamilienhäuser – Versorgung von Stadtteilen und Regionen) vielfältig. Es reicht von großen Energieversorgern und Stadtwerken über Projektierungsgesellschaften bis hin zu Einzelbetreibern (Öl-, Gas- und Biomasseheizungen, Photovoltaik-Anlagen).

Pumpspeicherkraftwerke

2015-08-17T13:48:32+02:00

Pumpspeicher stellen den Großteil der Speicherkapazität für Strom in Deutschland. Sie sind als bisher einzige großtechnische Speichertechnologie technisch ausgereift und schon seit beinahe 100 Jahren im Einsatz. Insgesamt sind in Deutschland 30 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Netto-Gesamtleistung von knapp 6.500 MW in Betrieb. Pumpspeicherkraftwerke benötigen einen Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterbecken, weshalb sich ein Großteil der deutschen Pumpspeicherkraftwerke an Standorten in Mittel- und Süddeutschland befindet. Mit knapp 1.900 MW ist die größte Pumpspeicherleistung in Baden-Württemberg installiert, gefolgt von Thüringen (1.500 MW) und Sachsen (1.200 MW).

Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland

Bundesland / Name	Leistung (MW)	Inbetriebnahme
Baden-Württemberg
Häusern	100	1931
Waldshut	150	1951
Glems	90	1964
Rudolf-Fettweis-Werk / Schwarzenbachwerk	43	1926
Säckingen	360	1966
Wehr	910	1975
Witznau	220	1943
Einsiedel	1,3	n.b.

Bayern
Happurg	160	1958
Tansmühle (Kraftwerksgruppe Pfreimd)	28	1955/59
Reisach (Kraftwerksgruppe Pfreimd)	100	1955/59
Leitzach 1	49	1983
Leitzach 2	49	1960
Langenprozelten	164	1974
Maxhofen-Oberberg	10,4	n.b.

Hessen
Waldeck 1 / Bringhausen	140	1931
Waldeck 2	480	1974

Niedersachsen
Erzhausen	220	1964

Nordrhein-Westfalen
Koepchenwerk	153	1989
Rönkhausen	140	1969
Sorpetalsperre	7,4	1935

Sachsen
Markersbach	1.050	1980
Niederwartha *	120	1957

Sachsen-Anhalt
Wendefurth	80	1967/68
Höllbach	1,5	n.b.

Schleswig-Holstein
Geesthacht	119	1958

Thüringen
Bleiloch	80	1932
Goldisthal	1.060	2003/04
Hohenwarte 1	63	1959
Hohenwarte 2	320	1966

Gesamt	6.470

*) Niederwartha: Zwei von vier Maschinensätzen in Betrieb
Daten: IWR, Bundesnetzagentur, Betreiberangaben, Trianel, Stand Juni 2016

Wirtschaft

2015-08-17T11:48:32+02:00

Die Speicherung von Energie in Form von Strom oder Wärme durch Pumpspeicherkraftwerke oder Schichtspeicher ist bereits seit vielen Jahren Stand der Technik. Energiespeicher zählen zu einer zentralen Säule der Versorgungssicherheit für Strom und Wärme. Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien und dezentraler Energieerzeuger im Rahmen der Energiewende rücken neue Speichertechniken wie z.B. die Power to Gas-Technologie in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Damit verbunden ist ein sukzessiver Ausbau der Branche für Energiespeicher-Lösungen.

Speichertechniken in früher Markt- und Entwicklungsphase

Der Einsatz der verschiedenen Speichertechnologien befindet sich größtenteils noch in einer frühen Entwicklungs- und Marktphase. Auf dem Stromsektor stellen Pumpspeicherkraftwerke derzeit die am weitesten ausgereifte Speichertechnik dar. Flankiert durch ein Rahmenprogramm der KfW-Förerbank hat die Entwicklungs- und Markdynamik auf im Segment der Speicher für Photovoltaikanlagen in den letzten Jahren deutlich zugenommen.

Mit Blick auf die Umsetzung der Energiewende gehören Speicher in Deutschland zu einem Schlüsselthema. Mit dem zunehmenden Umbau des Energiesystems auf erneuerbare Energien in vielen Ländern der Erde entstehen ganz neue wirtschaftliche Aktivitäten, Exportchancen und Möglichkeiten der Wertschöpfung sowie Beschäftigung.

Das Spektrum an Speichertechnologien ist breit und reicht von einfachen Warmwasserspeichern und kleinen Batteriespeichern über Power-to-Gas-Anlagen bis hin zu Pumpspeicherkraftwerken mit mehreren 100 MW Leistung. Planung, Betrieb sowie Service von Speicheranlagen leisten in erster Linie einen Beitrag zur regionalen Wertschöpfung.

Die industrielle Wertschöpfung, d.h. die Wertschöpfung, die mit der Herstellung von Speichern und Großkomponenten, dem Speicherbau, der Konzeption und Entwicklung von Speichern und Infrastrukturen verbunden ist, verteilt sich auf viele Regionen in Deutschland und in anderen Ländern.

Industrie und Dienstleistungen

Industrielle Wertschöpfung, d.h. Umsatz- und Beschäftigungseffekte, die mit der Herstellung von Speichern und Speicherkomponenten wie z.B. Elektrolyseuren, Wasseraufbereitungen, Kühlsystemen und Mess- und Automatisierungstechnik von Power-to-Gas-Anlagen, Pumpen, Turbinen, Generatoren und Rohrleitungen von Pumpspeicherkraftwerken, Schicht- und Solarspeichern etc. verbunden sind, verteilt sich über verschiedene Regionen in Deutschland und in anderen Ländern. Neben den Herstellern der Hauptkomponenten profitieren auch Unternehmen des Zuliefersektors.

Regionale Wirtschaft - Nutzungswertschöpfung

Der mit dem Ausbau erneuerbarer Energien in den drei Teilbereichen Strom, Wärme und Treibstoffe wachsende Bedarf an Speichertechnik trägt zur Stärkung der regionalen Wirtschaft bei und sichert so Beschäftigung vor Ort. Die Wertschöpfung entsteht z.B. bei Unternehmen, die Speicherlösungen planen und projektieren, sowie Handwerkern und Bauunternehmen, die vor Ort für den Bau und die Inbetriebnahme bzw. Service und Wartung zuständig sind.