Hybridnetze: Baustein der Energiewende

Infrastrukturkonferenz am 17. April 2013
im Gustav Stresemann Institut, Bonn

Unter dem Titel „Hybridnetze: Baustein der Energiewende" hat das WIK am 17. April 2013 im Gustav-Stresemann-Institut in Bonn die jährlich stattfindende, sektorübergreifende Infrastrukturkonferenz netconomica ausgerichtet. Praktiker und Wissenschaftler sowohl aus dem Bereich der Energiewirtschaft als auch der Informations- und Telekommunikationsbranche (IKT) gingen dabei der Frage nach, welche Rolle Hybridnetze im Rahmen der Energiewende zukünftig spielen können.

Herr Dr. Neumann, Geschäftsführer des WIK, stellte zu Beginn der Veranstaltung vor den rund 40 Teilnehmern im Rahmen seiner Begrüßung fest, dass der Energiesektor derzeit von einer starken Dynamik geprägt sei. Er wies auf die derzeitigen Probleme hin, wie etwa, bedingt durch die hohe Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen, steigende Retail- und sinkende Wholesalepreise und zeigte sich überzeugt, dass innovative Lösungen ein Schlüssel sind, um diese Probleme in den Griff zu bekommen. Hybridnetze seinen dabei ein vielversprechender Ansatz.

Intelligente Kopplung der Infrastrukturen

Im ersten Vortrag des Tages gab Herr Dasenbrock vom Fraunhofer IWES in Kassel zunächst einen umfassenden Überblick über Stand und Perspektiven von Hybridnetzen und ordnete sie in das derzeitige Energiesystem ein. Es sei vorteilhafter von einem Hybridsystem als von einem Hybridnetz zu sprechen, da der Ansatz sich nicht nur auf die Netze beschränke. Die Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie sei bei der Transformation des Energiesystems der führende Prozess, die Herausforderung sei die Speicherung der Energie fluktuierender Erzeuger. Hybride Systeme seien dafür ein Lösungsansatz. Anschließend umriss Herr Dasenbrock die wichtigsten Prozesse bei der Transformation des Energiesystems und gab eine Übersicht über bestehende Technologien und Projekte. So zählten neben Power-to-Gas (P2G) auch Power-to-Heat (P2H) und die Elektromobilität zur hybriden Nutzung verschiedener Infrastrukturen. Die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) sei dabei das zentrale Bindeglied. Perspektivisch seien der großtechnische Einsatz von P2G, die Optimierung der vorhanden Infrastruktur sowie die Weiterentwicklung der IKT die wichtigsten Aspekte in naher Zukunft.

Dr. Sebastian Lehnhoff, Juniorprofessor für Energieinformatik an der Universität in Oldenburg und Vorstand im FuE-Bereich Energie am OFFIS – Institut für Informatik, stellte in seinem anschließenden Vortrag dar, welche Möglichkeiten die Informations- und Kommunikationstechnologien zur Verfügung stellen, um die einzelnen Infrastrukturen intelligent miteinander zu verknüpfen. Zunächst verwies er auf die zunehmende Speicherlücke im Energiesystem. Sinnvoll sei es, in Schwachlastzeiten einzuspeichern und in Starklastzeiten auszuspeichern. Dazu existierten derzeit virtuelle Speicher (Lastverschiebung) und Pumpspeicher. Hybridnetze besäßen allerdings die 3000-fache Speicherkapazität von Pumpspeichern. Ein Hybridnetz weise im Vergleich zum Smart Grid eine nochmals deutlich höhere Komplexität auf, deren Betriebsführung nur über verteilte IKT-Ansätze möglich sei. Das Unbundling sei unter diesem Aspekt durchaus als problematisch anzusehen. Die Planung und Realisierung von Hybridsystemen erfordere regionalisierte Ansätze. Dazu müssten Systemarchitekturen identifiziert und Migrationspfade frühzeitig aufgezeigt werden. Schließlich bedürfe es systemisch wirkender Förderanreize.

Praxisbeispiele versprechen vielfältige Möglichkeiten

Herr Ulrich Schmack, Geschäftsführer der MicrobEnergy GmbH und Dr. Andreas Schnauß, Leiter des Bereichs Grundlagen bei der Vattenfall Europe Wärme AG, erläuterten anschließend, wie hybride Erzeugungs- und Speicherformen in der Praxis aussehen können.

Herr Schmack erklärte zunächst, wie aus seiner Sicht die Energiewelt im Jahr 2050 aussehen wird. Danach werde Strom überwiegend aus Sonne und Wind erzeugt, Strom werde zeitweise sehr günstig, zeitweise aber auch sehr teuer sein, die installierte Leistung werde die durchschnittliche Last deutlich übertreffen und nachdem der „point of no return" mit der Gridparität 2012 bereits erreicht worden sei, werde sich der PV- und Windausbau zum Teil auch ohne Förderung fortsetzen. Um die entstehenden Schwankungen auszugleichen wird Power-to-Gas nach seiner Meinung im Jahr 2050 zu jeder Jahreszeit benötigt werden. Der Wärmemarkt sei aufgrund der tageszyklischen Speicherbarkeit prädestiniert, den Überschussstrom dargebotsabhängig zu verwenden. Anschließend ging Herr Schmack auf den Vorgang der Methanisierung ein. Er erläuterte die Vor- und Nachteile einer technisch-katalytischen Lösung (Sabatier-Prozess) gegenüber der von der Firma MicrobEnergy angewandten biologischen Lösung (Methanogenese). Letztere sei insbesondere flexibler und stelle keine hohen Anforderungen an die Reinheit der Gase. Schließlich stellte Herr Schmack die Versuchsanlage seines Unternehmens vor und erläuterte die Chancen der Technologie für einen Einsatz am Regelenergiemarkt.

Herr Dr. Schnauß machte in seinem anschließenden Vortrag zum Thema „Wärmespeicher und „Wind zu Fernwärme" zunächst deutlich, dass im Bereich der Wärmeerzeugung ein hohes Verbesserungspotenzial besteht, da noch viele alte und wenig effiziente Anlagen im Betrieb seien. Auch der Anteil der erneuerbaren Energien an der Wärmeerzeugung sei noch gering. Dies liege darin begründet, dass z.B. das Solar- und Heizungsprofil nicht korrelierten (wenn die Sonne scheine, werde oft keine Wärme gebraucht) und es keine Möglichkeit gäbe, Wind oder Wasserkraft direkt in Wärme umzuwandeln. Die Fernwärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien sei hier eine Lösungsmöglichkeit. Herr Schnauß verwies sodann auf die Problematik überschüssiger Stromproduktion, die dazu führe, dass Windkraftanlagen teilweise abgeregelt werden müssten. Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) sei eine gute Ergänzung zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, da sich die beiden Erzeugungsformen grundsätzlich „gut aus dem Weg" gingen. Anschließend erläuterte Herr Schnauß die Funktionsweise von Wärmespeichern und die Nutzung überschüssigen Stroms zur Fernwärmeerzeugung, beides Instrumente für die Lösung der zu erwartenden Herausforderungen. Abschließend zeigte Herr Schnauß Problemstellungen beim rechtlichen Rahmen für „Wind zu Fernwärme" auf.

„Energie neu denken"

Dr. Werner Dub, Mitglied des Vorstands der MVV Energie in Mannheim, begann seinen Vortrag mit der Aussage: „Wir müssen Energie neu denken!" und adressierte Relevanz und Chancen des Themas Hybridnetze für das tägliche Geschäft eines Energieversorgers. Zunächst skizzierte Herr Dub die Säulen dieser neuen Energiewelt, nämlich die Steigerung der Energieeffizienz, Energieeinsparungen sowie den Ausbau erneuerbarer und dezentraler Energieerzeugungseinheiten. Für deren Tragfähigkeit seien die IKT und ein entsprechendes Flexibilitätsmanagement unerlässlich. Es gelte aus Sicht eines Energieversorgers, Flexibilitäten zu Produkten zu formen und damit Geld zu verdienen. So stelle sich zum Beispiel konkret die Frage, wie das Großkraftwerk Mannheim im Markt gehalten werden könne. Im Bereich der Stromspeicher seien die Technologien noch nicht ausgereift oder noch nicht wirtschaftlich und daher nur bedingt zur Systemoptimierung geeignet. Ein Einsatz von Wärmespeichern über Power-to-Heat sei möglich, aber erst dann wirtschaftlich darstellbar, wenn die regulatorischen Rahmenbedingungen entsprechend geändert würden. Bei Power-to-Gas bestehe noch FuE-Bedarf, allerdings sei insgesamt eine Kombination verschiedener Technologien (Wärmespeicher, P2H, PTG) für eine gesamtsystemische Optimierung notwendig. Die MVV sei hier mit verschiedensten Aktivitäten bereits unterwegs.

Podiumsdiskussion: Hybridtechnologien als Baustein der Energiewende

Dr. Andrea Schweinsberg, Abteilungsleiterin der Abteilung „Energiemärkte und Energieregulierung" am WIK, moderierte die abschließende Podiumsdiskussion. Neben den bereits als Referenten aufgetretenen Herren Schmack und Dr. Schnauß begrüßte Frau Schweinsberg Herrn Dr. Dierk Bauknecht, Senior Researcher im Bereich Energie & Klimaschutz am Oeko-Institut in Freiburg, Herrn Dr. Joachim Müller-Kirchenbauer, Professor für Gasversorgungssysteme am Institut für Erdöl- und Erdgastechnik (ITE) an der Technischen Universität Clausthal und Herrn Dr. Gerrit Volk, Leiter des Referats „Zugang zu Gasverteilernetzen, Technische Grundsatzfragen Gas und Versorgungsqualität" bei der Bundesnetzagentur. Die erste Frage lautete, was genau unter einem Hybridnetz zu verstehen sei. Die Diskutanten waren sich einig, dass die Beschränkung auf die Netze nicht zielführend sei, sondern vielmehr die gesamten Systeme betrachtet werden müssten. Bestehende Infrastruktur gelte es intelligent miteinander zu verbinden. Die Verwirklichung könne zunächst in kleinen Schritten geschehen, wobei es auf eine kostenoptimale Verwendung der eingesetzten Mittel ankomme, so Herr Müller-Kirchenbauer. Herr Schmack betonte, dass es zu teuer sei, zwei Systeme parallel zu halten (die „alte" und die „neue" Energiewelt) und daher eine schnelle Transformation nötig sei. Deren Geschwindigkeit werde aber maßgeblich auch durch den politischen Rahmen bestimmt.

Im Anschluss wurde die Frage diskutiert, inwieweit Hybridsysteme einen Beitrag zum energiepolitischen Zieldreieck der Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit beitragen können. Herr Bauknecht wies dabei darauf hin, dass die Ziele oft vermischt würden. Beispielsweise sei die Elektromobilität ursprünglich mit dem Ziel eingeführt worden, die Mobilität umweltfreundlicher zu machen. Heute werde sie aber oft unter dem Aspekt der potenziellen Stromspeicherung diskutiert. Ein Ausbau erneuerbarer Energien verschärfe dann unter diesem Gesichtspunkt erst einmal dieses Problem. Herr Schnauß erläuterte, dass eine Erneuerbarenquote von 25% im Strombereich durchaus als Erfolg anzusehen sei, im Gasbereich sei man da noch nicht so weit. Heute sei es so, dass durch falsche Förderanreize Biogas verstromt werde, wenn gleichzeitig eine hohe PV-Einspeisung erfolge. Das trage zur Systeminstabilität bei. Vielmehr müsse Biogas in die Gasleitungen. Hier sei die Politik gefragt. Herr Schmack berichtete, dass es derzeit 24-36 Monate dauere, bis eine Biogasanlage ans Netz angeschlossen werde. Dadurch gebe es nur langsam Fortschritte. Herr Müller-Kirchenbauer monierte, dass bei der Frage der Wirtschaftlichkeit zu sehr auf die Wirkungsgrade geschaut werde. Letztlich sei entscheidend, wie viel Euro pro MWh bzw. t CO2 zu bezahlen sei. Die Frage sei auch, wie die entstehenden Kosten eingeordnet werden könnten. Gehörten etwa P2G-Kosten zum Gashandel oder zum Gasnetz und wer trage letztendlich diese Kosten?

Ein weiterer Diskussionspunkt war die Frage, welchen Beitrag Hybridnetze zur Lösung der Speicherproblematik leisten können. Herr Volk erklärte, dass dies eher im Planungs- als im Regulierungsbereich der Fall sei. Im Gasbereich gebe es weniger Proteste beim Netzausbau als dies im Strombereich der Fall sei. P2G könne kurz- bis mittelfristig allerdings nicht den Netzausbau ersetzen. Herr Schmack stellte daraufhin die Frage, warum es immer noch kein Biogaseinspeisegesetz gäbe. Jetzt müsse angefangen werden, in P2G zu investieren, damit die Technologie 2030 zur Verfügung stehe, wenn sie gebraucht werde. Herr Volk erklärte, dass die Gasindustrie zu wenig auf ihr Potenzial aufmerksam mache. Es bestehe eine hervorragende Infrastruktur, auf die man stolz sein könne.

Die anschließende Diskussion machte klar, dass die P2G-Technologie heute noch nicht wirtschaftlich ist. Herr Müller-Kirchenbauer bemerkte dazu, dass es nicht optimal sei, mit heutigen Preisen zu rechnen, wenn über eine Zukunftstechnologie gesprochen werde. Auch die erneuerbaren Energien seinen einst nicht marktfähig gewesen, inzwischen habe man Netzparität. Herr Schnauß bemerkte, dass erst dann investiert werde, wenn ca. 35% Erneuerbare im System seien, also etwa ab dem Jahr 2022. P2G sei eine sehr kapitalintensive Industrie, die letztendlich wohl vom Gaskunden bezahlt werden müsse.

Abschließend wurde über die Frage debattiert, wie Hybridnetze regulatorisch einzuordnen seien. Herr Volk sagte dazu, dass durchaus über Kapazitätstarife bei den Netzentgelten nachgedacht werden könne. Herr Müller-Kirchenbauer stellte fest, dass es eigentlich auf der Hand liege, dass P2G vom Gaskunden und Power-to-Gas-to-Power vom Stromkunden bezahlt werden müsse. Herr Schmack wünschte sich den Wegfall der Netzentgelte im Speicherbereich, da dieses nach seiner Auffassung die Netzintegration beschleunigen würde. Herr Volk erwiderte, dass es oft schwierig sei, genau die Grenze zu ziehen, was ein Speicher sei und was nicht. Dann müsse u.U. auch ein Gaskraftwerk von den Netzentgelten befreit werden.

Abschließend zeigten sich alle Diskutanten überzeugt, dass das Thema sehr wichtig bei der Umsetzung der Energiewende sei und weiter verfolgt werden müsse. Im Jahr 2013 sei es mit Sicherheit noch nicht zu Ende diskutiert.

Frau Schweinsberg resümierte zum Abschluss der Konferenz: „Uns ist es mit der netconomica 2013 gelungen, einen wichtigen Beitrag zur Diskussion der möglichen Rolle von Hybridnetzen zur Umsetzung der Energiewende zu leisten. Die Konferenz hat gezeigt, dass stabile Rahmenbedingungen notwendig sind, in vielen Bereichen aber noch massiver Forschungsbedarf besteht."

 

Die Präsentationen stehen zum Download zur Verfügung gestellt.

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