Wirtschaftlichkeit von Carnot-Batterien hängt von vielen Faktoren ab

Eine dänische Forschungsgruppe hat untersucht, unter welchen Bedingungen Carnot-Batterien zur Speicherung erneuerbarer Energien in Dänemark eingesetzt werden können. Demnach können diese Geräte nur bis zu einer bestimmten Kostenschwelle einen wesentlichen Beitrag leisten.

23. August 2023 Emiliano Bellini

Stromgestehungskosten verschiedener Carnot-Batterietypen.

Grafik: Aalborg University

von pv magazine International

Forscher in Dänemark haben untersucht, welche Stromgestehungskosten (LCOE) Carnot-Batterien erreichen müssen, um in einem Szenario mit 100 Prozent erneuerbaren Energien in Dänemark wettbewerbsfähig zu sein. Sie fanden heraus, dass die LCOE dieser Speichersysteme unter 66,20 Euro pro Megawattstunde liegen sollten – vorausgesetzt, die Gaspreise bleiben auf einem niedrigen Niveau.

Carnot-Batterien sind Systeme, die Strom in Form von Wärme in Speichermedien wie Wasser oder geschmolzenem Salz speichern und diese Wärme bei Bedarf wieder in Strom umwandeln. Zu dieser Kategorie gehören Flüssigluftspeichersysteme und thermische Pumpspeichersysteme auf Brayton- oder Rankine-Basis sowie Lamm-Honigmann-Speicher, bei denen es sich um eine sorptionsbasierte Technik handelt, die sowohl mit Wärme als auch mit Strom be- und entladen werden kann, und Systeme, die auf integrierter Widerstandsheizung mit Stromzyklen basieren.

All diese Speichertechnologien ermöglichen dem Forschungsteam zufolge eine breite Palette von Anwendungen wie Arbitragegeschäfte, Hilfsdienste oder Spitzenausgleich in Stromnetzen. „Darüber hinaus sind die leicht verfügbaren Heiß- und Kältespeicher ein einzigartiges Merkmal von Carnot-Batterien, die eine Multi-Energie-Flexibilität durch die externe Nutzung und Integration von Heiß- und Kalt-Recyclingströmen ermöglichen“, erklärten sie.

Die Gruppe versuchte, die wirtschaftliche Machbarkeit von Carnot-Batterien in einem Szenario mit 100 Prozent erneuerbaren Energien in Dänemark bis 2045 zu bewerten. Das Szenario geht davon aus, dass 14 Gigawatt Offshore-Windkraft, 5 Gigawatt Onshore-Windkraft und 10 Gigawatt Photovoltaik im Land installiert werden, wobei etwa 70 Prozent des Primärenergiebedarfs, der Strom, Heizung, Kühlung, Verkehr und Prozesswärme umfasst, durch saubere Energien gedeckt werden.

Darüber hinaus wird angenommen, dass das Energiesystem auf 4,8 Gigawatt Elektrolysekapazität, 6 Gigawatt Übertragungskapazität, maximal 2 Gigawatt Ladekapazität für Carnot-Batterien und 4,8 Gigawatt Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) angewiesen ist. „Da man davon ausgeht, dass Carnot-Batterien innerhalb von maximal ein paar Wochen zur Speicherung verwendet werden, beträgt die getestete maximale Speicherkapazität 7 Tage bei voller Aufladung“, so die Wissenschaftler. Sie nutzten die Simulationssoftware Energyplan, um die Kapazitäten zur Erzeugung erneuerbarer Energien, die wirtschaftlichen Kosten und die Versorgungsstrategien zu ermitteln, die erforderlich sind, um den prognostizierten künftigen Strombedarf in Dänemark auszugleichen. In der Simulation wurden Carnot-Batterien als eigenständige Batterien modelliert, ohne potenzielle Wärmeproduktion für Fernwärme oder industrielle Zwecke.

Durch ihre Simulation fanden die Forscher heraus, dass Carnot-Batterien wirtschaftlich realisierbar sein könnten, wenn ihre LCOE unter 66,20 Euro pro Megawattstunde liegen, was die Gesamtkosten während ihrer gesamten Lebensdauer einschließe. Dieser Wert wurde jedoch unter der Annahme eines Gaspreises von 9,30 Euro pro Gigajoule berechnet. „Wenn der Gaspreis das Niveau von Elektromethan erreichen würde, läge die LCOE-Spanne stattdessen bei 119 bis 130 Euro pro Megawattstunde“, erklärten sie weiter. „Wenn die potenzielle Kostensenkung stattdessen auf der Verringerung der Kapazitäten für Elektrolyse und Wasserstoffspeicherung beruht, sinken die LCOE auf 38 bis 43 Euro pro Megawattstunde, je nach den Kosten dieser Komponenten.“

Die Gruppe wies auch darauf hin, dass derzeit nur ein Konzept für ein Carnot-Batteriesystem identifiziert wurde, dessen LCOE unter den 62 Euro pro Megawattstunde liegen. „Bestehende Konzepte für autonome Carnot-Batterien sind heute nicht in der Lage, diese Kosten zu erreichen, daher sollten Lösungen zur Kostensenkung untersucht werden“, so die Schlussfolgerung.

Die Forscher stellten ihre Ergebnisse in der Studie „Economic potentials of carnot batteries in 100% renewable energy systems“ vor, die kürzlich in der Zeitschrift Energy veröffentlicht wurde. Das Team besteht aus Wissenschaftlern der Universität Aalborg und der Technischen Universität von Dänemark.

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