Solar und Wind konkurrieren mit Kohlekraftwerken, wenn es um Energiespeichersysteme geht. AP Photo / Mel Evans

CO2-freie Energie: Weht die Antwort im Wind? Vielleicht, aber der Wind weht nicht immer und die Sonne scheint nicht immer. Die durch Wind- und Sonnenenergie erzeugte Energie ist intermittierend, was bedeutet, dass der erzeugte Strom je nach Wetter auf und ab geht.

Die Leistung des Stromnetzes muss jedoch steuerbar sein, um der sich von Sekunde zu Sekunde ändernden Nachfrage der Verbraucher gerecht zu werden. Die Wechselwirkung von Wind- und Solarenergie ist daher eine betriebliche Herausforderung für das Elektrizitätssystem.

Energiespeicherung ist eine allgemein anerkannte Lösung für das Problem der intermittierenden erneuerbaren Energien. Die Idee ist, dass sich der Speicher auflädt, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint, und sich dann später entlädt, wenn die Energie benötigt wird. Speicher für das Gitter kann ein chemische Batterie wie die, die wir in elektronischen Geräten verwenden, aber es kann auch die Form von Wasser auf einen Hügel pumpen in ein Reservoir und Erzeugung von Elektrizität, wenn es zurückfließt oder wenn es gespeichert und entladen wird Druckluft in einer unterirdischen Höhle.

Die am weitesten verbreitete Form des Energiespeichers im Stromnetz besteht darin, Wasser bergauf zu pumpen und es dann zu Spitzenzeiten freizugeben, um eine Kraftturbine zu betreiben. Vattenfall, CC BY-NC-ND

Angesichts der Ansicht, dass Speicher eine „grüne“ Technologie sind, fördern die Regierungen zunehmend die Speicherung von Energie im Versorgungsmaßstab und verteilt. Zum Beispiel unterzeichnete der New Yorker Gouverneur Andrew Cuomo im November 2017 ein Gesetzesentwurfsmandat Ziele für die Übernahme des Speichers durch 2030. Andere Staaten mit ähnlichen Richtlinien sind Oregon, Massachusetts, Kalifornien und Maryland. Unternehmen wie Tesla haben Speichersysteme auch als saubere Technologien eingestuft.

Aber senken große Speichersysteme die Emissionen in unseren derzeitigen Netzen? In einem aktuellen StudieWir haben festgestellt, dass dies nicht unbedingt der Fall ist - ein Spiegelbild der Komplexität des Elektrizitätssystems.

Die Rolle der Kohle

Da durch die Speicherung der erneuerbaren Energien die sich ändernde Nachfrage gedeckt werden kann, gehen wir häufig davon aus, dass die Technologie von Natur aus umweltfreundlich ist. Das heißt, durch Hinzufügen von Speichern und erneuerbaren Energien zum Netz reduzieren wir die Treibhausgasemissionen. Es ähnelt dem Bemerken, dass Computer Bildungs- und Produktivitätsvorteile bieten können, und dann davon auszugehen, dass alles, was eine Person auf einem Computer tut, lehrreich oder produktiv ist. Sowohl für Energiespeicher als auch für Computer hängt es davon ab, wie Sie sie verwenden.

In unserer Analyse haben wir festgestellt, dass das Hinzufügen von Speicher für einige Netze die Kohlenstoffemissionen erhöhen kann. Auf den ersten Blick nicht intuitiv zu verstehen, macht dieses Ergebnis Sinn, wenn man bedenkt, wie Stromnetze betrieben werden. Im Großen und Ganzen wird das gesamte US-Netz als ein Netz betrieben Reihe regionaler Teilnetze die die USA wie ein Flickenteppich bedecken.

Elon Musk, CEO von Tesla, stellt die Batterie des Unternehmens für das Stromnetz in 2015 vor. AP Foto / Ringo HW Chiu

Energiespeicher haben keine Schornsteinemissionen wie Kohle- oder Erdgaskraftwerke. Neue Speicher wirken sich jedoch auf den Betrieb anderer Kraftwerke im Netz aus, was je nach Art der Kraftwerke, die Strom für diese Region liefern, zu einem Anstieg oder einer Verringerung der Kohlenstoffemissionen führt.

In den meisten Fällen arbeiten Speichersysteme in den USA, um den Gewinn zu maximieren. Zu diesem Zweck „kauft der Speicher nur wenig und verkauft viel“. Strom ist in der Regel nachts günstig, wenn die Nachfrage gering ist, und tagsüber teurer, insbesondere wenn die Leute von der Arbeit nach Hause kommen und ein paar Geräte anschalten. Daher kaufen die Betreiber von Speichersystemen in der Regel nachts und verkaufen sie tagsüber. Die Nettoauswirkung der Speicherung auf die Emissionen hängt daher davon ab, mit welchen Generatoren der neue Bedarf bei Nacht und Tag gedeckt wird.

In Netzen mit viel Kohlekraft - Bundesstaaten des Mittleren Westens, des Westens und des Südens verlassen sich stark auf Kohle - Die Kohlekraftwerke werden normalerweise verwendet, um kleine Nachfrageschwankungen nachts zu decken. Erdgasanlagen neigen dazu, tagsüber zu arbeiten, um den Spitzenbedarf zu decken. In diesen Stromnetzen lädt sich der Speicher nachts mit Kohle auf und verdrängt tagsüber Erdgas.

Kohlekraft ist eine schmutzigere Elektrizitätsquelle als Erdgas, mit etwa der doppelten Kohlenstoffemission für jede produzierte Einheit Strom. An Orten, an denen neue Speicher mehr Kohle und weniger Erdgas erzeugen, werden durch die Speicherung die gesamten Kohlenstoffemissionen des Stromnetzes erhöht.

Im Mittleren Westen stellten wir fest, dass durch Hinzufügen einer Speicherkapazität von 3 Gigawatt, die für die Versorgung von ungefähr 500,000 US-Privathaushalten ausreicht, der CO2-Ausstoß der Straße um 6,700-Autos pro Jahr erhöht wird. Und je mehr Speicher hinzugefügt wird, desto mehr Kohlendioxid wird emittiert.

Auf der anderen Seite haben wir festgestellt, dass in New York, einem Bundesstaat mit sehr wenig Kohlekraft, zusätzliche Speicher die CO2-Emissionen reduzieren. Der Mittlere Westen ist derzeit das schmutzigste Stromnetz in den USA, und New York ist eines der saubersten, sodass andere Regionen irgendwo dazwischen liegen würden.

Nicht immer einfach grün zu sein

Wie können Netzplaner das Versprechen einer glücklichen Ehe zwischen Speicher und erneuerbaren Energien verwirklichen, vorausgesetzt, sie müssen mit dem verkrusteten alten Onkel Coal im selben Haus leben?

Eine Möglichkeit besteht darin, dass selbst bei gewinnmaximierenden Speichern der Einfluss der Kohle durch die Hinzufügung von ausreichend Wind- und Solarenergie ausgeglichen werden kann. Bei einem ausreichenden Überschuss an erneuerbarer Energie würden Speicher in irgendeiner Form - zum Beispiel Batterien oder Wasserspeicher - bevorzugt Sonnen- und Windkraft nutzen, da sie die billigsten Quellen sind, wenn die Stromversorgung die Nachfrage übersteigt. Die Speicherung verlagert den Kohlestrom immer noch von Nacht zu Tag, aber die Möglichkeit, erneuerbare Energiequellen zu nutzen, würde ausreichen, um die zusätzlichen Emissionen auszugleichen.

Regelungen können so gestaltet werden, dass Energiespeichersysteme mit überschüssigem Strom aus Wind und Sonne aufgeladen werden, was ein Schritt in Richtung sauberer Speicher ist. petrmalinak / Shutterstock.com

Wir haben dies untersucht und festgestellt, dass es einen Wendepunkt für das Netz im Mittleren Westen gibt, an dem Wind und Sonne etwa 18 Prozent der gesamten Stromerzeugungskapazität erreichen: Ab diesem Zeitpunkt beginnt die Speichererweiterung, die Emissionen zu verringern und nicht zu erhöhen. Die derzeitige Akzeptanz liegt bei 10 Prozent, sodass es einige Zeit dauern würde, bis die Lagerung im Mittleren Westen die Emissionen reduziert.

Eine weitere Option ist die Änderung der Speicherbetriebsweise. Bei einem bescheidenen Preis für Kohlenstoff würden sich beispielsweise die Kosten für verschiedene Generatoren verschieben, sodass die Speichergebühren für Kohlekraftwerke seltener anfallen und die Emissionen selbst im kohlenintensiven Netz des Mittleren Westens sinken.

Während eine nationale Kohlenstoffsteuer in naher Zukunft nicht wahrscheinlich ist, gibt es andere Wege, um umweltfreundliche Ergebnisse aus der Speicherung zu erzielen. Zum Beispiel können Staaten Strategien einführen, die eine stärkere Nutzung von CO2-freien Ressourcen anstelle von Kohle fördern.

Unabhängig davon hilft uns die Speicherung immer dabei, mehr von unseren kostengünstigen Stromquellen zu nutzen. Die Frage ist, ob das Kohle, Atom oder erneuerbare Energien sind.

Über den Autor

Naga Srujana Goteti, Doktorandin für Energie und Nachhaltigkeit, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, Assistant Professor für Public Policy, Rochester Institute of Technologyund Eric Williams, außerordentlicher Professor für Nachhaltigkeit, Rochester Institute of Technology

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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