Die Zukunft der Windenergie: Effizienter Stromspeicher für Windkraft
Die Windenergie hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einer der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen entwickelt. Doch trotz ihres Potenzials besteht noch immer eine Herausforderung: Der Abgleich zwischen der Energieerzeugung sowie dem Verbrauch und damit die Speicherung der Energie. In diesem Artikel betrachten wir innovative Lösungen, mit der Windenergieanlagen effizienteren Strom speichern können.
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Inhalt - Auf einen Blick
Durch die neuen Möglichkeiten mit der Verbesserung von Lithium-Ionen-Batterien und der Entwicklung fortschrittlicher Speichertechnologien eröffnen sich jetzt neue Möglichkeiten für die Kombination von Windkraft mit Speicher. In dem Artikel erfahren Sie, wie diese neuen Technologien helfen können, den erzeugten Windstrom effizienter zu nutzen und ihn bei Bedarf verfügbar zu machen.
Außerdem werfen wir einen Blick auf die rechtlichen Regelungen sowie Herausforderungen, Lösungen und Vorteile beim Einsatz des Stromspeichers für die Windkraft. Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie effiziente Stromspeicher die Windenergie revolutionieren können und welche Vorteile dies für die Energiewende mit sich bringen könnte.
Einführung in die Windenergie und ihre Bedeutung für die erneuerbare Energieerzeugung
Die Windenergie gehört zu den am schnellsten wachsenden Quellen erneuerbarer Energien weltweit. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt, was zu einer signifikanten Steigerung der Effizienz und der Leistungsfähigkeit von Windkraftanlagen geführt hat. Windenergie nutzt die kinetische Energie des Windes, um Strom zu erzeugen, und bietet eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen. Diese Form der Energieerzeugung trägt nicht nur zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei, sondern reduziert auch die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Ressourcen.
Die Bedeutung der Windenergie wird durch ihre Fähigkeit, nachhaltige Energie in großem Maßstab zu produzieren, unterstrichen. Viele Länder setzen bereits auf Windkraft, um ihre Klimaziele zu erreichen und die Energiewende voranzutreiben. Insbesondere in Europa, wo zahlreiche Offshore- und Onshore-Windparks in Betrieb sind, zeigt sich das Potenzial dieser Technologie. Windenergie hat das Potenzial, einen erheblichen Teil des globalen Strombedarfs zu decken, und zahlreiche Studien prognostizieren, dass sie in den kommenden Jahrzehnten eine Schlüsselrolle in der globalen Energiewirtschaft spielen wird.
Trotz ihrer Vorteile steht die Windenergie jedoch vor Herausforderungen, insbesondere in Bezug auf die Speicherung des erzeugten Stroms. Da der Wind nicht konstant weht, ist es entscheidend, Hybridkraftwerke zu entwickeln, die Windkraft mit Speichersystemen kombinieren. Solche Technologien ermöglichen es, Windräder direkt mit Stromspeichern zu koppeln, überschüssigen Windstrom effizient zu speichern und bei Bedarf wieder verfügbar zu machen. Ohne die Entwicklung zur Energiespeicherung könnte das volle Potenzial der Windenergie nicht ausgeschöpft werden, was ihre Rolle in der zukünftigen Energieversorgung einschränkt.
Der Einsatz von Stromspeichern für Windkraftanlagen
Effiziente Stromspeicher sind entscheidend für die Zukunft der Windenergie, da sie dazu beitragen, die Herausforderungen zu bewältigen. Aktuell gibt es vier Treiber, bei denen eine Kombination auf Windkraftanlage und Stromspeicher sinnvoll ist:
- Stromspeicher statt Windkraftanlage im Rahmen des Repowering
Das Repowering einer Windkraftanlage bedeutet den Abbau dieser und den Bau einer neuen Anlage im unmittelbaren Umfeld der Alt-Anlage. Sollte aufgrund genehmigungsrechtlicher Gründe kein Neubau einer Windkraftanlage im unmittelbaren Umfeld möglich sein, könnte hier alternativ ein Speicher installiert werden. Dies kann sinnvoll sein, da die Infrastruktur, der zu repowerenden Anlage bereits vorhanden ist und der Speicher auf dieser aufbauen kann
- Standortoptimierung von Bestandsanlagen
Durch einen Stromspeicher bei einer bestehenden Windkraftanlage und den Parallelbetrieb beider Anlagen können bestehende Netzanschlüsse für den Betrieb von zwei Geschäftsmodellen genutzt werden, was den Standort wirtschaftlich attraktiver gestaltet und eine Diversifizierung bietet. Dabei werden Windkraftanlage und Stromspeicher in der Regel unabhängig voneinander am Strommarkt optimiert (in separaten Marktlokationen). Wirtschaftlich betrachtet, gibt es nur minimale Unterschiede zwischen einem Standalone-Speicher, der den Netzanschlusspunkt frei zur Verfügung hat und dem Colocation-Betrieb. So ist es möglich, dass der Netzanschlusspunkt teilweise durch die Windkraftanlage belegt ist, sodass der Speicher nicht zur selben Zeit einspeisen kann. Dies hat nur geringfügige Auswirkungen auf den Erlös (max. 15 %), was durch diverse Studien belegt wurde.
- Blindleistungsbereitstellung
Blindleistung wird genutzt, um das Netz stabil zu halten. Windkraftanlagen können dabei oft nicht die geforderte Blindleistung bereitstellen, weshalb sie Kompensationsanlagen benötigen, um Blindleistung bereitzustellen. Diesen Vorteil bieten Stromspeicher, indem der Wechselrichter überdimensioniert wird oder als STATCOM (statische Blindleistungskompensation) eingesetzt wird, wodurch die Gesamtinvestition für den Kunden kostengünstiger ist.
- Stromspeicher mit Windkraftanlage im Rahmen des Repowerings
Wenn sich im Rahmen des Repowerings für den Aufbau einer modernisierten Windkraftanlage entschieden wird, kann die Kombination mit dem Stromspeicher den Vorteil der Portfoliooptimierung und die Diversifizierung von Assets am Energiemarkt bedeuten. Der Speicher kann also in Kombination mit einer Windkraftanlage als zusätzliches Geschäftsmodell betrieben werden, wie es unter dem Punkt der Standortoptimierung beschrieben wird.
Die Bedeutung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) bleibt weiterhin die Grundlage für die Förderung von Windkraftanlagen. Das EEG-Ausschließlichkeitsprinzip besagt, dass eine Anlage nur dann Anspruch auf EEG-Förderung hat, wenn sie ausschließlich erneuerbare Energien in das Netz einspeist.
Dies hat Auswirkungen auf die Integration von Batteriespeichern:
- Windkraftanlagen können weiterhin EEG-Förderung erhalten, wenn sie separat vom Batteriespeicher betrieben werden.
Im aktuellen EEG ist der Betrieb von Windkraftanlagen weiterhin ein attraktives Geschäftsmodell. Daher ist es nicht ratsam, die Windkraftanlage außerhalb des EEG zu betreiben, um den hybriden Betrieb mit einem Speicher zu realisieren.
Der Einsatz beider Anlagen ist trotzdem ratsam, wenn diese separat, in verschiedenen Marktlokationen betrieben werden. Bei dem separaten Betrieb ist sichergestellt, dass das Ausschließlichkeitsprinzip beachtet wird und die EEG-Förderung trotzdem greift. Wie im vorherigen Abschnitt beschrieben, bietet diese Betriebsweise eine Optimierung des Standorts. So können anfallende Kosten für die Infrastruktur o.ä. dann auf beide Geschäftsmodelle umgelegt werden. Beide Assets erzielen aber eigenständige Erlöse, die Windkraftanlage im EEG und der Speicher durch die flexible Vermarktung in der Multi-Market Optimierung.
Für eine optimale Speicherdimensionierung und die bestmögliche Nutzung der wirtschaftlichen Potenziale beider Anlagen ist eine detaillierte Analyse erforderlich. Unsere Experten und Expertinnen beraten Sie dabei gerne. Jetzt Termin vereinbaren!
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Worauf ist beim Stromspeicher zu achten?
Die Entwicklung von Stromspeichertechnologien hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. Eine der am häufigsten genutzten Technologien sind Lithium-Ionen-Batterien, die sich durch ihre hohe Energiedichte und lange Lebensdauer auszeichnen. Diese Batterien sind besonders gut geeignet für die Speicherung von Energie, da sie schnell auf Lade- und Entladeanforderungen reagieren können. Lithium-Ionen-Batterien finden bereits in vielen Windkraftprojekten Anwendung und bieten eine vielversprechende Lösung zur Überbrückung von Produktionsspitzen und -tälern.
Um den passenden Stromspeicher für die Windkraftanlage zu identifizieren, müssen einige Faktoren beachtet werden. Einerseits bezieht sich dies auf die Größe des Stromspeichers. Grundlegend wird empfohlen eine ähnliche Größe für den Speicher zu nutzen, wie die Windkraftanlage hat. Weiterhin werden 2-Stunden-Systeme für den Batteriespeicher empfohlen. Dies bezieht sich auf die Endladedauert, die der Speicher benötigt, um seine gesamte gespeicherte Energie abzugeben, wenn er mit seiner Nennleistung entladen wird. Wenn ein Speicher also eine Kapazität von beispielsweise 6 MWh hat und es sich um ein 2-Stunden-System handelt, lässt sich die Nennleistung des Speichers berechnen, indem man die Kapazität durch die Entladezeit teilt. Das bedeutet, dass der Speicher bei einer Kapazität von 6 MWh eine Nennleistung von 3 MW hat. Er kann also 3 MW kontinuierlich über 2 Stunden abgeben, bis die gesamte Energie verbraucht ist.
Herausforderungen und Lösung bei der Nutzung von Stromspeichern für Windkraftanlagen
Netzanschlusspunkt-Auslastung: Der Netzanschlusspunkt kann zeitweise durch die Windkraftanlage belegt sein. Dies schränkt die Einspeisemöglichkeiten des Speichers ein, führt jedoch nur zu geringen Abzügen. Im Rahmen der dena-Verteilnetzstudie untersucht diese verschiedenen Aspekte der Netzbelastung, einschließlich der Integration erneuerbarer Energien und Speichertechnologien. Im Zusammenhang mit der Belastung von Netzanschlusspunkten wird beschrieben, dass diese Belastungen je nach Standort und Netzstruktur variieren können, jedoch nicht immer signifikant ins Gewicht fallen.
Preisvolatilität: Der Strompreis korreliert nicht immer mit der Windeinspeisung. Batteriespeicher können hier gezielt eingesetzt werden, um von Preisspitzen zu profitieren oder Regelenergie bereitzustellen.
Innovationsprojekte und Forschung im Bereich der Windenergie-Stromspeicherung
Verschiedene Innovationsprojekte und Forschungsinitiativen haben in den letzten Jahren das Ziel verfolgt, die Stromspeicherung für Windenergie zu verbessern und neue Technologien zu entwickeln. In vielen Ländern arbeiten Universitäten, Forschungsinstitute und Unternehmen zusammen, um die Herausforderungen in der Energiespeicherung anzugehen und Lösungen zu finden, die die Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen erhöhen.
Die Kombination von Windkraft mit Speichertechnologien ist ein entscheidender Schritt zur Optimierung der erneuerbaren Energieerzeugung. Projekte wie die „Wind+Speicher-Kombination“ in der Uckermark zeigen, dass solche Kombinationen im Rahmen von Innovationsausschreibungen gefördert werden können, um die Integration von Windstrom und Energiespeichern voranzutreiben. Die Fähigkeit, Windstrom zu speichern, bietet eine flexible Antwort auf die schwankende Stromnachfrage und stabilisiert gleichzeitig das Netz. Forschung im Bereich Stromspeicher für Windkraft konzentriert sich auf die Entwicklung effizienter und kostengünstiger Speichertechnologien, die es ermöglichen, überschüssigen Windstrom zu speichern und bei Bedarf abzurufen. Diese Fortschritte sind entscheidend, um die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zu reduzieren und eine nachhaltige Energiezukunft zu gewährleisten.
Die Rolle von Regierungen und Behörden bei der Förderung von effizienten Stromspeichern für Windkraftanlagen
Betreiber von Windkraftanlagen und Batteriespeichern müssen verschiedene Anforderungen beachten von Regierung und Behörden beachten:
- Genaue Messung und Abgrenzung von Strommengen gemäß § 62b EEG 2021.
- Jährliche Meldepflichten für verbrauchte und gelieferte Strommengen.
- Bei Nichteinhaltung drohen Sanktionen wie der Verlust von Privilegien für den Eigenverbrauch oder erhöhte EEG-Umlagen.
Regierungen und Behörden spielen eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Entwicklung und Implementierung effizienter Stromspeicher für Windkraftanlagen. Durch politische Maßnahmen, Förderprogramme und finanzielle Anreize können sie die Forschung und Entwicklung neuer Technologien unterstützen und die Marktbedingungen für innovative Speicherlösungen verbessern. Dies ist besonders wichtig, um die Herausforderungen der Energiespeicherung anzugehen und die Integration erneuerbarer Energien in die bestehenden Energiesysteme zu fördern.
Vorteile der Verwendung von Stromspeichern für Windenergieanlagen
Die wirtschaftlichen Aspekte der Verwendung effizienter Stromspeicher in Windkraftanlagen sind entscheidend für die langfristige Rentabilität und Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie und bieten verschiedene Vorteile:
- Ausgleich negativer Strompreise: Speicherung von Energie bei niedrigen oder negativen Preisen und Einspeisung bei hohen Preisen (sollte die Windkraftanlage außerhalb der EEG-Förderung betrieben werden)
- Bereitstellung von Regelenergie: Teilnahme am Regelenergiemarkt zur Netzstabilisierung.
- Optimierung der Markterlöse: Gezielte Einspeisung zu Zeiten hoher Strompreise.
- Netzstabilität und Versorgungssicherheit: Die Kombination von Windkraftanlagen mit Batteriespeichern trägt zur Netzstabilität und Versorgungssicherheit bei. Dank des Speichers kann auch in windarmen Zeiten Ökostrom ins Netz eingespeist werden.
- Optimierte Infrastrukturnutzung: Windkraftanlagen und Stromspeicher können am selben Standort die gleiche Infrastruktur und den gleichen Netzanschluss nutzen. Dies ermöglicht einen wirtschaftlicheren Betrieb durch Synergieeffekte.
- Regelleistung und Systemdienstleistungen: Stromspeicher in Kombination mit Windkraft können Regelleistung zur Stabilisierung des Übertragungsnetzes liefern. Sie können zukünftig auch innovative Systemdienstleistungen erbringen, wie den Ausgleich kurzfristiger Schwankungen der Netzfrequenz.
- Vermeidung von Abregelungen: Durch die Kopplung mit Stromspeichern kann die Stromlieferung aus Windparks optimiert werden. Abschaltungen von Windenergieanlagen bei Netzüberlastung können so reduziert werden.
- Alternative Geschäftsmodelle nach EEG-Förderung: Für Windparkbetreiber bieten Hybridlösungen mit Stromspeichern ein alternatives Marktmodell, wenn die gesetzliche EEG-Förderung ausläuft.
Wirtschaftlichkeitsberechnung
Der Betrieb eines Stromspeichers mit Windkraftanlage bietet wirtschaftliche Vorteile, welche in den nächsten Abbildungen zu sehen sind. Dargestellt sind zwei V112 aus dem Kreis Paderborn. Der Netzanschlusspunkt umfasst in dem Beispiel 7 MW, was der Größe der beiden installierten Windkraftanlagen entspricht.
In der folgenden Abbildung sind die Erlöse einer Windkraftanlage für das Jahr 2023 zu sehen. Die Abbildung zeigt deutlich die sinkenden Erlöse in den Sommermonaten.
In der nächsten Abbildung werden die Erlöse des Stromspeichers am Netzanschlusspunkt der Windkraftanlage gezeigt. Das sind die Erlöse, die der Speicher alleine durch die Multi-Market Optimierung erzielt. Zusätzlich zu den Erlösen der Windkraftanlage. Hier wird vorallem der steigende Erlöse in den Sommermonaten deutlich.
Die addierten Erlöse verdeutlichen den wirtschaftlichen Anstieg des Betriebs durch beide Anlagen. Somit kann der Stromspeicher die sinkenden Erlöse der Windkraftanlage im Sommer ausgleichen.
Im Vergleich zu Standalone Speichern, d.h. dem separaten Betrieb, gibt es nur geringe Abschläge in der Colocation, d.h. dem kombinierten Betrieb. Diese Differenz ergibt sich durch die teilweise Belegung des Natzanschlusspunkts durch die Windkraftanlage.
Fazit: Die Zukunft der Windenergie und die Rolle effizienter Stromspeicher
Die Zukunft der Windenergie ist vielversprechend, insbesondere durch die kontinuierlichen Fortschritte in der Technologie und der Entwicklung effizienter Stromspeicher. Um das volle Potenzial der Windkraft auszuschöpfen, ist es jedoch unerlässlich, innovative Lösungen zur Speicherung von Energie zu entwickeln. Effiziente Stromspeicher werden entscheidend sein, um die Herausforderungen der intermittierenden Energieerzeugung zu bewältigen und eine stabile, zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten.
Die Kombination aus fortschrittlicher Windtechnologie und leistungsfähigen Speichersystemen kann die Rentabilität von Windkraftanlagen erheblich steigern und die Integration erneuerbarer Energien in die bestehenden Energiesysteme erleichtern. Regierungen, Unternehmen und Forschungseinrichtungen spielen dabei eine Schlüsselrolle, indem sie die Entwicklung und Implementierung neuer Technologien fördern und die (energie-)wirtschaftlichen Rahmenbedingungen verbessern.
Insgesamt wird die Windenergie mit der Unterstützung effizienter Stromspeicher einen bedeutenden Beitrag zur globalen Energiewende leisten. Durch die Maximierung des Potenzials dieser nachhaltigen Energiequelle können wir eine umweltfreundlichere und wirtschaftlich tragfähige Energiezukunft gestalten. Der Weg dorthin erfordert jedoch Engagement, Innovation und Zusammenarbeit auf nationaler und internationaler Ebene.
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