Flexibilitätsoptionen für den Betrieb des zukünftigen österreichischen Stromsystems
Das Wichtigste in Kürze
- Durch den steigenden Einsatz erneuerbarer Energien in der Stromerzeugung nimmt sowohl die Anzahl der Stunden mit negativer Residuallast zu als auch die Differenz der Erzeugungsmenge in aufeinander folgenden Stunden.
- Vielfältige Flexibilitätsoptionen sind entscheidend, um ein Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung und -verbrauch sicherzustellen.
- Der europäische Kontext und die Integration der Energiesysteme der Nachbarländer sind wesentlich für die Umsetzung von Flexibilitätsoptionen und die Gewährleistung der Netzstabilität.
Herausforderungen und Ziele der österreichischen Energiestrategie
Die Studie, durchgeführt vom Institut für elektrische Anlagen & Netze, Digitalisierung & Energiewirtschaft der RWTH Aachen wurde gemeinsam von Wien Energie und Verbund beauftragt. Sie wirft ein detailliertes Licht auf die notwendigen Flexibilitätsoptionen im zukünftigen österreichischen Energiesystem. Umfassende Szenarioanalysen und Simulationen bieten tiefgreifende Einblicke in die benötigten Entwicklungen und Anforderungen des Energiesystems für 2030 und 2040, die für das Erreichen der nationalen Energieziele von entscheidender Bedeutung sind. Die untenstehende Abbildung zeigt die installierten Erzeugungsleistungen für die jeweiligen betrachteten Szenarien.
Bedarf an Flexibilität im Energiesystem
Um die zusätzliche Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen optimal einzusetzen und Überschussenergie effizient zu nutzen, sind laut Studie diverse Flexibilitätsoptionen unerlässlich. Neben großskaligen zentralen Optionen wie hydraulischen Speicher und Power-to-Gas-Anlagen, spielen auch dezentrale Technologien wie Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge oder Batteriespeicher eine bedeutende Rolle dabei, das Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung und -verbrauch aufrechtzuerhalten. Eine Integration dieser flexiblen Lösungen ist unentbehrlich, um eine optimale Nutzung der erneuerbaren Energien und eine durchgängig hohe Versorgungssicherheit zu garantieren. Die Studie zeigt zudem in allen Szenarien, dass in Zukunft Stromimporte und -exporte als Flexibilitätsoption zusätzlich deutlich an Bedeutung gewinnen werden. Die steigende Notwendigkeit diverser Flexibilitätsoptionen auf Grund der erhöhten Anzahl negativer Residuallasten durch zunehmende volatile Erzeugung wird in der nachfolgenden Abbildung der Jahresdauerlinie verdeutlich. Der Vergleich der simulierten zukünftigen Residuallasten mit aktuellen Daten zeigt, dass ein steigender Flexibilitätsbedarf von rund 10-11 GW im Jahr 2030 bzw. rund 13-15 GW im Jahr 2040 zu erwarten ist. Dieser muss durch verschiedenste Flexibilitätsoptionen gedeckt werden.
Der Einsatz hydraulischer Speicher als Flexibilitätsoption hat für Österreichs Elektrizitätsnetz eine zentrale Rolle. Die Analyse des Einsatzes hydraulischer Speicher und Batteriespeicher hat gezeigt, dass diese eine wichtige Flexibilitätsoption darstellen und in der Lage sind hohe negative und positive Residuallasten auszugleichen. Bei der Betrachtung dieser Speicherkapazitäten wird deutlich, dass diese in allen Szenarien für das Jahr 2030 hoch ausgelastet sind und zusätzliche Kapazitäten, welche für das Jahr 2040 bereits berücksichtigt wurden, ebenso stark ausgenutzt werden. Die Simulationen verdeutlichten ebenfalls die hohe Bedeutung gasgefeuerter Anlagen als Flexibilitätsoption für das österreichische Elektrizitätsversorgungssystem. So sinkt zwar die Stromerzeugung aufgrund der angenommenen Stilllegungen von Erzeugungskapazitäten, allerdings steigt deren Ausnutzungsgrad zur Bereitstellung von Flexibilität.
Zusätzlich wird durch die Betrachtung der unterschiedlichen Szenarien deutlich, dass gasgefeuerte Anlagen sensitiver auf geänderte Flexibilitätsbedarfe reagieren als die Speicher. Im Hinblick auf die Klimaziele 2040 wäre die Nutzung erneuerbarer Gase für eine CO2-neutrale Nutzung gasgefeierter Anlagen als Flexibilitätsoption denkbar. Die Studie zeigt, dass die angenommenen Power-to-Gas-Anlagen nur selten eingesetzt werden. Mit Einsätzen in weniger als 10 % der Stunden im Jahr leistet diese Flexibilitätsoption einen eher geringen Beitrag. Die Simulation der Vermarktung dezentraler Flexibilitätsoptionen, wie Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge und Batteriespeicher hat gezeigt, dass die dezentralen Flexibilitätsoptionen entsprechend ihren zugrundeliegenden Bedarfen und Restriktionen eingesetzt werden können. Durch eine Optimierung der verfügbaren Lastverschiebepotentiale am Spotmarkt werden diese voll ausgeschöpft und führen zu einer höheren Gleichzeitigkeit der Last.
In Zukunft wird es Phasen geben, in denen zu viel erneuerbare Energie produziert wird. „Das ist an Tagen der Fall, an denen die Sonne scheint oder der Wind weht und der Verbrauch relativ gering ist, es gibt aber auch Tage, an denen wir zu wenig erneuerbare Energie produzieren und der Verbrauch dennoch vorhanden ist. Wir werden in Zukunft also neben den vielen dezentralen Anlagen auch flexible zentrale Kraftwerke benötigen, um diese Schwankungen auszugleichen." führt Michael Strebl, Vorsitzender der Geschäftsführung von Wien Energie, aus.
Europäischer Kontext und wechselseitige Abhängigkeiten
Da Österreich integraler Bestandteil des europäischen Energieverbundes unterliegen wir hohen Einflüssen des internationalen Stromaustausches. Daher ist laut Studie eine europaweite Betrachtung der Flexibilitätsoptionen und strategischen Ansätze unverzichtbar. Energieimporte und -exporte, sowie die optimierte Integration von erneuerbaren Energien, sind essenziell, um Netzstabilität und Versorgungssicherheit zu sichern und um wirtschaftliche Nachteile aufgrund unzureichender Kapazitäten und Flexibilität zu vermeiden. Insgesamt betont die Studie die essenzielle Notwendigkeit vielfältiger Flexibilitätsoptionen und substanzielle Investitionen, um für Österreich eine nachhaltige und sichere Energiezukunft zu gewährleisten.
„Der wichtige Umbau des Energiesystems weg von fossilen Grundlastkraftwerken hin zu volatilen Erneuerbaren erfordert sehr viel mehr Flexibilität im System. Bei dieser großen Aufgabe sind alle verfügbaren technischen Optionen gleichermaßen gefragt. Neue Pumpspeicherkraftwerke für Speicherung über Wochen, Monate und Saisonen, Batterien für kürzere Fristen und zukünftig mit Wasserstoff betriebe Gaskraftwerke müssen rasch errichtet werden und im Strommarkt ihre Rolle einnehmen. Auch auf der Nachfrageseite gibt es große Hebel durch die Bündelung von flexiblen Lasten wie zum Beispiel Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge oder die Nutzung von regelbaren industriellen Prozessen. Zusätzlich braucht es aber auch Investitionen in die Stromnetze um den europäischen Austausch und das Funktionieren der grenzüberschreitenden Strommärkte als wesentliche Voraussetzungen für den effizienten Umgang mit kostbarer Energie, weiterhin zu gewährleisten.“ so Robert Slovacek, Geschäftsführer VERBUND Energy4Business GmbH