Wie Elektrolyseure und Speicher Energiekosten senken können, zeigt eine Studie der Universität Hannover. Sie untersucht Bedarf, Verteilung und Wirkung von Flexibilität im Energiesystem.

 

Elektrolyseure und Batteriespeicher gelten als zentrale Bausteine für ein zukunftsfähiges Stromsystem. Wie entscheidend ihr Ausbau für die Energiewende ist, skizziert eine Studie der Leibniz Universität Hannover (Niedersachsen) und des Instituts für Solarenergieforschung Hameln. Die Forschenden haben modelliert, wie sich ein möglichst wirtschaftlicher Pfad zur klimaneutralen Stromversorgung bis 2050 gestalten lässt – unter Berücksichtigung politischer Zielvorgaben und technischer Realitäten.

Im Fokus der Wissenschaftler steht die Frage, wie sich mit gezieltem Einsatz von Flexibilitätstechnologien das Gesamtsystem stabilisieren lässt. Denn mit dem wachsenden Anteil fluktuierender Energie aus Wind und Sonne steigen auch die Anforderungen an die Stromnetze. Während bei starkem Wind oder intensiver Sonneneinstrahlung Überkapazitäten entstehen, können sogenannte Dunkelflauten zeitweise zu Versorgungsengpässen führen.

Elektrolyse im Norden, Batterien im Süden

Das Forschungsteam hat ein volkswirtschaftlich optimiertes Szenario entwickelt, das neben dem notwendigen Ausbau von Flexibilitäten auch deren geografische Verteilung berücksichtigt. In diesem Modell übernehmen Elektrolyseure künftig vor allem im windreichen Norden Deutschlands die Produktion von grünem Wasserstoff. Sie kommen immer dann zum Einsatz, wenn mehr Strom vorhanden ist, als aktuell gebraucht wird. Batteriespeicher hingegen werden dezentral im gesamten Bundesgebiet verteilt, mit einem Schwerpunkt im Süden, wo besonders viel Solarstrom anfällt.

Die beiden Technologien erfüllen unterschiedliche Aufgaben im System, wie die Forscher schreiben: Elektrolyseure wandeln Strom in Wasserstoff um, der sich langfristig speichern und in Industrieprozessen einsetzen lässt. Batteriespeicher hingegen übernehmen den kurzfristigen Ausgleich, insbesondere für den täglichen Rhythmus von Solarerzeugung und Verbrauch. Beide zusammen tragen dazu bei, Überschussstrom nicht ungenutzt zu lassen – ein Umstand, der heute mitunter dazu führt, dass Windräder abgeschaltet werden, obwohl Energie verfügbar wäre.

Laut Studienautor Alexander Mahner müssten bis 2050 rund 35 Prozent des erzeugten Stroms zwischengespeichert oder in Wasserstoff umgewandelt werden, um ihn effizient nutzen zu können. Bleibe dieser Ausbau aus, könnten die Gesamtkosten der Energiewende um bis zu 60 Milliarden Euro steigen. Denn ohne ausreichende Flexibilität müsse Deutschland verstärkt Energie importieren. Dies wäre sowohl ein Risiko für die Versorgungssicherheit als auch für das Erreichen der Klimaziele.

Ausbau nicht im Blindflug

Die Studie unterstreicht, dass Flexibilität kein Zusatznutzen, sondern eine Notwendigkeit für das Energiesystem der Zukunft ist. Ihre Rolle sei ebenso zentral wie der Ausbau von Wind- und Solarstrom. Um das System tragfähig zu gestalten, brauche es aber nicht nur mehr Technik, sondern auch eine koordinierte Planung. Die Forschenden fordern vor diesem Hintergrund, den Ausbau von Speichern und Elektrolyseuren gezielt zu steuern, anstatt ihn „im Blindflug“ dem Markt zu überlassen.

Für die räumliche Verteilung der Flexibilitätsoptionen wurde Deutschland im Modell in verschiedene Regionen unterteilt. So lassen sich lokale Lastschwerpunkte, Netzengpässe und Erzeugungsprofile gezielt einbeziehen. Das Forschungsteam zeigt: Wo welche Technologie sinnvoll platziert wird, entscheidet maßgeblich über Effizienz und Kosten des Gesamtsystems.

Die Modellierung basiert auf einem Szenario, das sich eng an die Vorgaben des deutschen Klimaschutzgesetzes anlehnt. Betrachtet wird der Zeitraum bis 2050, wobei das heutige Energiesystem als Ausgangspunkt dient. Die Analyse wurde vom Energiedienstleister EWE AG unterstützt. Die vollständige Studie „Weniger Abregeln durch mehr Flexibilität im Energiesystem“  ist über die Internetseite der Universität Hannover downloadbar.