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Um die deutsche Energiewende zu erreichen, muss mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien auch die Flexibilität im Energiesystem erhöht werden. Nur so kann die schwankende Einspeisung aus Windenergie- und PV-Anlagen genutzt und ausgeglichen werden. Elektrolyseure zur Herstellung von Wasserstoff und Batteriespeicher könnten die benötigte Flexibilität zur kosteneffizienten Nutzung der erneuerbaren Energien bereitstellen und haben somit Einfluss auf die Gesamtsystemkosten der Energiewende. Aus diesem Grund hat sich ein Forschungsteam der Leibniz Universität Hannover und des Instituts für Solarenergieforschung Hameln mit der Frage beschäftigt, welchen Einfluss die Verfügbarkeit von günstigen Elektrolyseuren und Batteriespeichern auf die Gesamtkosten einer Transformation des Energiesystems hat. Das Team kam in der Studie zu mehreren Schlüssen.
Laut den Autoren haben Batteriespeicher und Elektrolyseure eine hohe Bedeutung bei der Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien. Zukünftig soll rund 35 Prozent des erneuerbaren Stroms zunächst in Batteriespeichern zwischengespeichert oder durch die Elektrolyse in Wasserstoff gewandelt werden. Die Betriebsweise und räumliche Verteilung beider Technologien wird sich nach dem Energieangebot der erneuerbaren Energien richten.
Batteriespeicher werden laut den Forschern für den kurzfristigen Ausgleich eingesetzt. Sie können den Tag-Nacht-Ausgleich des PV-Stroms ermöglichen. Elektrolyseure ermöglichen die Erzeugung von Wasserstoff in Zeiten hoher Stromverfügbarkeit, und dieser kann sowohl kurzfristig (um die fluktuierende Erzeugung auszugleichen), als auch langfristig zwischengespeichert werden (um die saisonale Nachfrage auszugleichen).
Ein verzögerter Ausbau von Elektrolysekapazitäten führe, so die Studie, zwischenzeitlich zu einem Anstieg der Abregelung (der Stromherstellung) um 85 Prozent und zu höheren Importbedarfen. Bei dauerhaft geringerer installierter Leistung von Batteriespeichern und Elektrolyseuren steige die Abregelung während des Transformationspfads um 85 Prozent und liege im transformierten Energiesystem viermal so hoch. Dies könnte zu einem fast 20 Prozent höheren Importbedarf für Wasserstoff und Wasserstoffderivate und höheren Gesamtsystemkosten von 62 Mrd. Euro über den gesamten betrachteten Transformationspfad führen.
Geringere Kosten für Elektrolyseure und Speicher führen, so die Autoren, insbesondere in den mittleren Jahren des Transformationspfads zu höheren installierten Leistungen. Die installierte Leistung der Elektrolyseure hat einen deutlich höheren Einfluss auf die Abregelung als die installierte Leistung der Batteriespeicher.
In der Studie wird ein «Referenz»-Szenario für das zukünftige Energiesystem entworfen, das sich an den zum Zeitpunkt der Projektbearbeitung aktuellen politischen Zielen orientiert. Es wird untersucht, wie gross der Bedarf für diese Flexibilität künftig ist und welche Anforderungen an sie gestellt werden. Ausgehend vom heutigen Energiesystem wird ein Transformationspfad bis zum Jahr 2050 betrachtet und volkswirtschaftlich optimiert. Nicht nur der quantitativ benötigte Ausbau, sondern auch die räumliche Verteilung von Flexibilität wird betrachtet. Hierzu wird Deutschland im Modell in Regionen unterteilt. Der Ausbau der erneuerbaren Energien orientiert sich dabei an den aktuellen gesetzlichen Vorgaben. Dem ersten Szenario werden ausserdem die Szenarien «Verzögert» und «Begrenzt» gegenübergestellt.
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