Wie billig müssen Batterien werden, damit erneuerbare Energien mit fossilen Brennstoffen konkurrieren können?

Wie billig müssen Batterien werden, damit erneuerbare Energien mit fossilen Brennstoffen konkurrieren können?

Autor: Edd Gent

Während Solar- und Windenergie in Gegenden mitviel Sonne und Wind schnell wettbewerbsfähig mit fossilen Brennstoffen werden, können sieimmer noch nicht die Energie rund um die Uhr liefern, an die wir uns gewöhnt haben. Derzeit ist das kein großes Problem, da das Stromnetz immer noch über zahlreiche fossile Kraftwerke verfügt, die konstante Grundlast liefern oder bei Bedarfsspitzen hochgefahren werden können.

Aber es besteht ein breiter Konsens darüber, dass wir unsere Energieversorgung drastisch dekarbonisieren müssen, wenn wir irreversible Schäden am Klima vermeiden wollen. Das bedeutet, dass wir den Großteil der bedarfsgesteuerten, kohlenstoffintensiven Kraftwerke loswerden müssen, auf die wir uns derzeit verlassen, um unser Netz zu verwalten.

Zu den Alternativen gehören der Ausbau der Übertragungsinfrastruktur, um Strom von Gebieten, in denen der Wind weht, in Gebiete zu leiten, in denen er nicht weht, oder die Steuerung der Nachfrage durch finanzielle Anreize, um die Menschen dazu zu bringen, in Spitzenzeiten weniger Energie zu verbrauchen. Am vielversprechendsten ist jedoch die Kombination vonerneuerbaren Energien mit Energiespeichern, um Reserven für den Fall zu schaffen, dass die Sonne nicht mehr scheint.

Dieser Ansatz ist weniger kompliziert als der Versuch, das Stromnetz umzugestalten, sagen die Autoren eines neuenArtikels in <emJoule>, ermöglicht es aber auch, viel mehr Energie zu verschieben als die Nachfragesteuerung. Eine wichtige Frage, die noch nicht umfassend behandelt wurde, ist jedoch, wie billig die Energiespeicherung werden muss, damit dies machbar ist.

Studien haben sich mit den Speicherkosten befasst, um die Arbitrage von erneuerbaren Energien (Nutzung von erneuerbaren Energien zum Aufladen der Speicher, wenn die Strompreise niedrig sind, und dann Weiterverkauf, wenn die Nachfrage und die Preise höher sind) im heutigen Netz wettbewerbsfähig zu machen. Aber keiner hat sich damit beschäftigt, wie billig es werden muss, um ein Netz aufrechtzuerhalten, das überwiegend aus erneuerbaren Energien gespeist wird.

Es war wenig darüber bekannt, welche Kosten tatsächlich wettbewerbsfähig wären und wie diese Kosten im Vergleich zu den Speichertechnologien aussehen, die derzeit entwickelt werden", sagte die Hauptautorin Jessika Trancik, eine außerordentliche Professorin für Energiestudien am Massachusetts Institute of Technology,in einer Pressemitteilung."Also haben wir uns entschlossen, dieses Problem frontal anzugehen."

Die Forscher beschlossen, die beiden führenden Formen der erneuerbaren Energie, Sonne und Wind, zu untersuchen. Sie untersuchten, wie ein Mix aus beiden in Kombination mit einer Speichertechnologie genutzt werden könnte, um eine Vielzahl von Aufgaben im Netz zu erfüllen, einschließlich der Bereitstellung von Grundlast, der Deckung von Nachfragespitzen in Spitzenzeiten und der allmählichen Veränderung der Leistung, um schwankende Nachfrage zu decken.

Im Gegensatz zu früheren Studien, die in der Regel nur Zeiträume von einigen Jahren untersuchten, untersuchten sie, was erforderlich wäre, um die Nachfrage über 20 Jahre an vier Standorten mit unterschiedlichen Wind- und Solarressourcen zuverlässig zu decken: Arizona, Iowa, Massachusetts und Texas.

Sie fanden heraus, dass für die Bereitstellung von Grundlaststrom zu einem mit einem Kernkraftwerk vergleichbaren Preis die Kosten für die Energiespeicherkapazität auf unter 20 US-Dollar pro Kilowattstunde (kWh) fallen müssten. Um mit einem Gaskraftwerk, das für Spitzenlasten ausgelegt ist, gleichzuziehen, müssten die Kosten auf 5 $/kWh fallen.

Das ist ein ehrgeiziges Ziel. Es gibt einige Speichertechnologien, die die Kosten unter der 20-$/kWh-Marke halten können, z. B. die Nutzung überschüssiger Energie, um Wasser auf die Spitze eines Wasserkraftdamms zu pumpen oder Luft zu komprimieren, die später für den Betrieb einer Turbine verwendet werden kann. Beide Verfahren benötigen jedoch viel Platz und erfordern besondere geografische Gegebenheiten, wie Berge oder unterirdische Kavernen, die eine breite Anwendung erschweren.

Trotz rasanter Kostensenkungen ist die heute führende Batterietechnologie - Lithium-Ionen - gerade erst unter 200 $/kWh gefallen, was darauf hindeutet, dass herkömmliche Batterien noch weit davon entfernt sind, diesen Bedarf zu decken. Alternative Technologien wieFlow-Batterien könnten die Kostenanforderungen mittelfristig erfüllen, sagen die Autoren, aber sie sind noch weitgehend experimentell.

Die Forscher untersuchten jedoch auch, welche Auswirkungen es hätte, wenn die erneuerbaren Energien in den nächsten 20 Jahren nur 5 Prozent der Zeit den Bedarf nicht decken könnten und andere Technologien die Lücke füllen würden. In diesem Szenario könnten erneuerbare Energien plus Speicher die Kosteneffizienz der nuklearen Grundlast mit nur 150 $/kWh erreichen - und damit in die Nähe der Lithium-Ionen-Technologie kommen, für die Mitte des nächsten Jahrzehnts ein Preis von 100 $/kWh prognostiziert wird.

Es bleibt fraglich, ob die bereits angespannten Lithium-Ionen-Lieferketten die Nachfrage bewältigen könnten, die für die Versorgung eines ganzen nationalen Netzes erforderlich wäre. Die Autoren geben auch zu, dass ihre Analyse nicht die Kosten für die Deckung der verbleibenden fünf Prozent der Nachfrage durch andere Mittel berücksichtigt.

Insgesamt deutet die Analyse darauf hin, dass ein Netz, das hauptsächlich aus erneuerbaren Energien und Energiespeichern besteht, sich mittelfristig den Kosten konventioneller Technologien annähern könnte. Aber wenn es keine überraschenden technologischen Entwicklungen gibt, wird es wahrscheinlich immer noch eine signifikante Lücke in der Kosteneffizienz geben, die die Einführung verlangsamen könnte.

Diese Lücke könnte jedoch durch den Preis eines ungebremsten Klimawandels in den Schatten gestellt werden. Wenn man das berücksichtigt, könnten erneuerbare Energien in Kombination mitEnergiespeichern einen gangbaren Weg zu einem nachhaltigen Netz darstellen.

Autor: Edd Gent

Bildnachweis: Fishman64/ Shutterstock.com

Dieser Artikel wurde unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-ND 4.0 neu veröffentlicht underschien ursprünglich auf Singularity Hub, einer Publikation der SingularityUniversity.