Die globale Erderwärmung nimmt immer weiter zu. Ursache hierfür sind vor allem Treibhausgase aus fossilen Energieträgern. Daher ist der Ausbau von erneuerbaren Energien einer der wichtigsten Lösungsansätze für die Bewältigung der Klimakrise. Bezahlbare und umweltverträgliche Energiespeichertechnologien, die eine sichere Versorgung garantieren, spielen eine entscheidende Rolle.
Wie weit sind die Technologien innerhalb der einzelnen Energiesektoren entwickelt? Welche Energiespeicher sind hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit am sinnvollsten? Welche wirtschaftspolitischen Instrumente sind für den Ausbau von Energiespeichertechnologien nötig?
Der Autor Steffen Will erläutert Funktionsweise und Entwicklung von Energiespeichertechnologien innerhalb der verschiedenen Energiesektoren. Anhand einer wirtschaftspolitischen Analyse beurteilt er den volkswirtschaftlichen Nutzen von sektorenspezifischen Energiespeichern und gibt nützliche Handlungsempfehlungen für Politik und Wirtschaft.
Aus dem Inhalt:
- Emissionshandel
- CO2-Steuer
- Erneuerbare Energien
- Wärmespeicher
- Power-to-Gas Technologie
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Sektorenentwicklung und Bedeutung von Energiespeichern
2.1 Der Stromsektor
2.2 Der Wärmesektor
2.3 Der Verkehrssektor
3 Energiespeichertechnologien
3.1 Allgemein
3.2 Pumpspeicher
3.3 Sensible Wärmespeicher
3.4 Lithium-Ionen-Akkumulator
3.5 Power-to-Gas
4 Wirtschaftlichkeitsanalyse von Energiespeichern
4.1 Sektorenübergreifende Fördermechanismen
4.2 Der Stromsektor
4.3 Der Wärmesektor
4.4 Der Verkehrssektor
4.5 Diskussion
5 Fazit
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Arbeit untersucht die Wirtschaftlichkeit verschiedener Energiespeichertechnologien vor dem Hintergrund der deutschen Energiewende. Dabei wird der Frage nachgegangen, welche wirtschaftspolitischen Instrumente erforderlich sind, um ein Gleichgewicht zwischen dem volkswirtschaftlichen Nutzen dieser Technologien und ihren betriebswirtschaftlichen Kosten herzustellen.
- Analyse der Notwendigkeit und des Technologiestands von Energiespeichern in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr.
- Untersuchung sektorenübergreifender und sektorenspezifischer Fördermechanismen zur Internalisierung negativer externer Effekte durch Treibhausgase.
- Betriebswirtschaftliche und volkswirtschaftliche Bewertung ausgewählter Speichertechnologien, insbesondere Pumpspeicher, sensible Wärmespeicher, Lithium-Ionen-Akkumulatoren und Power-to-Gas.
- Diskussion politischer Handlungsempfehlungen zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit nachhaltiger Energiespeicher.
Auszug aus dem Buch
3.2 Pumpspeicher
Pumpspeicherkraftwerke (PSW) sind im Stromsektor eine der wenigen etablierten Speichertechnologien. Sie werden im Stromsektor genutzt, um bei Nacht den günstigen Strom zu kaufen und am Tag, bei höheren Preisen, wieder ins Stromnetz zu speisen.
Laut dem Bundesministerium für Energie und Wirtschaft verfügt Deutschland über eine Speicherleistung von über 9 GW in Form von PSW. Davon werden 2,9 GW aus Österreich und Luxemburg bezogen (BMWi, 2014). Die Pumpspeicherleistung macht dabei insgesamt 97 Prozent der gesamten Speicherleistung Deutschlands im Stromsektor aus (vgl. Nagel, 2017).
Das Funktionsprinzip der Pumpspeicherkraftwerke ist mechanischer Natur und wird in Abbildung 2 veranschaulicht. Sie bestehen insgesamt aus drei wesentlichen Bestandteilen. Das Oberbecken ist verbunden mit dem Unterbecken und zwischen ihnen befindet sich eine elektrische Maschine. Im Ladebetrieb, in der rechten Darstellung, wirkt diese Maschine als Motor und entzieht dem Stromnetz Energie, wenn diese günstig ist. Der Motor betreibt eine Pumpe, die das Wasser aus dem Unterbecken in das Oberbecken befördert. Dadurch wird elektrische Energie in potentielle Energie umgewandelt. Aufgrund eines höheren Bedarfes liegen tagsüber höhere Strommarktpreise vor und der Speicher wird entladen, was bedeutet, dass die Schleuse geöffnet wird und das Wasser durch eine Turbine zurückläuft. Diese Turbine ist mit der elektrischen Maschine verbunden, welche nun als Generator wirkt. Die Menge der gespeicherten Energie des PSW hängt insbesondere von der Größe der Becken sowie des Höhenunterschiedes ab (vgl. Nagel, 2017).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Arbeit beleuchtet die Rolle von Energiespeichern im Kontext der Energiewende und formuliert die Kernfrage nach wirtschaftspolitischen Instrumenten für ein Kosten-Nutzen-Gleichgewicht.
2 Sektorenentwicklung und Bedeutung von Energiespeichern: Es wird die besondere Bedeutung von Energiespeichern in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr sowie deren Funktion als Brückentechnologien erläutert.
3 Energiespeichertechnologien: Dieses Kapitel analysiert Funktionsweisen, Vor- und Nachteile sowie Forschungsarbeiten zu mechanischen, thermischen, elektrochemischen und chemischen Speichern.
4 Wirtschaftlichkeitsanalyse von Energiespeichern: Hier erfolgt eine betriebs- und volkswirtschaftliche Untersuchung der Speichertechnologien unter Einbeziehung verschiedener Fördermechanismen und regulatorischer Maßnahmen.
5 Fazit: Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und betont die Notwendigkeit korrigierender Markteingriffe, insbesondere eines effizienten CO2-Preises, zur Förderung nachhaltiger Speicher.
Schlüsselwörter
Energiewende, Energiespeicher, Pumpspeicher, Sensible Wärmespeicher, Lithium-Ionen-Akkumulator, Power-to-Gas, Sektorenkopplung, Wirtschaftlichkeitsanalyse, CO2-Steuer, Emissionshandel, Versorgungssicherheit, Systemdienstleistungen, Treibhausgasreduktion, Elektromobilität, Klimaschutz.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert die Wirtschaftlichkeit von Energiespeichertechnologien im Kontext der deutschen Energiewende und prüft, wie diese nachhaltigen Technologien wettbewerbsfähiger gestaltet werden können.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die thematischen Schwerpunkte liegen auf der Entwicklung der Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr sowie der technischen und ökonomischen Analyse der entsprechenden Speicherlösungen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Beantwortung der Frage, welche wirtschaftspolitischen Instrumente geeignet sind, ein Gleichgewicht zwischen volkswirtschaftlichem Nutzen und betriebswirtschaftlichen Kosten von Energiespeichern herzustellen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Untersuchung basiert auf einem qualitativen Ansatz durch die Verknüpfung von Daten und Inhalten verschiedener wissenschaftlicher Publikationen sowie auf quantitativen Analysen aus der Literatur.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit sektorenübergreifenden Maßnahmen zur CO2-Internalisierung, detaillierten Wirtschaftlichkeitsanalysen für die Bereiche Strom, Wärme und Verkehr sowie der Diskussion von politischen Handlungsempfehlungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie Energiewende, Speichertechnologien, Sektorenkopplung, Wirtschaftlichkeit und CO2-Preis charakterisieren.
Warum sind Pumpspeicherkraftwerke aus betriebswirtschaftlicher Sicht aktuell oft unattraktiv?
Die hohen Investitionskosten und die Unsicherheit durch schwankende Strompreise führen dazu, dass sich Investitionen in neue Anlagen unter heutigen Marktbedingungen oft nicht rentieren.
Welchen Vorteil bietet die Power-to-Gas-Technologie gegenüber anderen Speicherarten?
Power-to-Gas wirkt als Bindeglied der drei Energiesektoren und ermöglicht die Nutzung der bestehenden Gasinfrastruktur zur Speicherung, was insbesondere für den Wärmesektor und den Gütertransport vorteilhaft ist.
Wie kann eine CO2-Steuer die Investition in Speicher fördern?
Durch die Internalisierung der externen Kosten von Treibhausgasen werden fossile Energieträger teurer, wodurch klimafreundlichere Technologien wie Energiespeicher im direkten Wettbewerb an Attraktivität gewinnen.
- Quote paper
- Steffen Will (Author), 2020, Energie, Technologien und Innovation. Wie lassen sich Energiespeicher sinnvoll nutzen?, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/498675
