Gas- und Wärmenetze als Speicher

MuGriSto und MuGriFlex

Wärme- und Gasnetze können zwar Schwankungen im Stromnetz ausgleichen – aber wie flexibel kann überschüssiger Strom indirekt gespeichert werden? Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM untersuchten im Projekt Multi-Grid-Storage (MuGriSto) , wie er sich in Form von Wärme oder Gas am besten puffern lässt und als elektrische Energie wieder zur Verfügung steht, sobald er benötigt wird.

Die Frage war, wie die Strom-, Gas- und Wärmeversorgung verknüpft werden können, um eine unflexible Stromerzeugung auszugleichen. Energie aus überschüssigem Strom kann über Elektrokessel oder Wärmepumpen in ein Wärmenetz beziehungsweise durch Elektrolyse als Gas ins Gasnetz eingebracht werden. „Wenn am gleichen Netz eine Anlage zur Stromerzeugung angeschlossen ist – etwa eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage –, wird Strom aus dem System quasi ausgespeist“, erklärt Max Fette, Projektleiter des Multi-Grid-Storage-Projektes.

Aus Umwandlungskette wird Speicherkette

Eine Umwandlungskette aus Elektrolyseur, optional in Kombination mit einer Methanisierungsanlage, Gasnetz und KWK-Anlage kann als sogenannte Speicherkette verstanden werden. Gleiches gilt – wenn auch nur bilanziell – für eine Kette aus Elektrokessel beziehungsweise Wärmepumpe, Wärmenetz und KWK-Anlage. In diesem Fall wird nicht die Wärme selbst zurückverstromt, sondern vielmehr das Gas, das dadurch eingespart wurde, dass die Wärme aus Strom und nicht aus Gas erzeugt wurde. Speicherketten erfüllen also die gleiche Funktion wie klassische Stromspeicher. [note Mögliche Interaktionen innerhalb des Projektes Multi-Grid-Storage zwischen den Energiesektoren, sowie eine Auswahl wichtiger Umwandlungstechnologien – Grafik © Fraunhofer IFAM]In einem ersten Schritt stellten die MuGriSto-Forscher Effizienz und Kosten der unterschiedlichen Speicherketten gegenüber. „Wärmeketten können schon heute vergleichsweise effizient und kostengünstig sein“, sagt Fette und schränkt ein: „Diese erste Analyse zeigte, dass die Kosten der ‚Gasketten’ momentan weit über denen der anderen untersuchten Speicherketten liegen.“

[note Verknüpfung der Energiewandler zu sogenannten Speicherketten – Grafik © Fraunhofer IFAM]

Modell analysiert den Strommarkt

Die Wissenschaftler entwickelten darüber hinaus ein Modell, MuGriFlex genannt. Es berechnet Wechselwirkungen unterschiedlicher Energiewandler innerhalb einer wärme- oder gasbasierten Speicherkette. Das Modell analysiert Energiewandlungsketten hinsichtlich wirtschaftlicher und technischer Aspekte, die abhängig von variablen Anlagenkenndaten und energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen sind.

Weiterentwickelte Marktmechanismen

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass bestimmte Rahmenbedingungen, wie zum Beispiel Netzentgelte, nachteilig für die flexible Nutzung aus Wärme- und Gasnetzen sind. Daher entwickelten die Forscher Vorschläge, um bestehende Rahmenbedingungen zu ändern. „Unsere Analysen zeigen, dass bei Eingriffen in die Rahmenbedingungen jedoch Vorsicht geboten ist. Zum Beispiel kann eine geringfügige Veränderung der Abgaben auf Strom für Power-to-Heat-Anlagen dazu führen, dass der Betrieb von Wärmepumpen in Stunden attraktiv wird, in denen die Wärmepumpe nicht systemdienlich ist. Denn sie würden zu dieser Zeit die Residuallast weiter vergrößern“, führt der Projektleiter weiter aus. (ad)

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