Speicherauslegung und Betriebsführung von Wasserstoff- Druckluftspeicherkraftwerken (HCAES) bei simultaner Teilnahme an verschiedenen Energiemärkten

Die Energiewende in Deutschland mit dem Ziel eines klimaneutralen Energiesystems erfordert den massiven Ausbau erneuerbarer Energien. Mit einem steigenden Anteil fluktuierender, erneuerbarer Erzeugung steigt auch der Bedarf an kurz- und langfristigen Energiespeichern. Der wirtschaftliche Betrieb eines solchen des Langzeitspeichers ist allerdings erwünscht, um die Projektierung und den Bau für Speicherbetreiber attraktiv zu machen und komplizierte Anreizsysteme und Subventionen zu vermeiden. Ein bisher kaum beachtetes Konzept zur Langzeitspeicherung von elektrischer Energie ist das Wasserstoff-Druckluftspeicherkraftwerk (HCAES), das untertägige Salzkavernen zur Speicherung der Arbeitsgase Druckluft und Wasserstoff nutzt. Das Konzept basiert auf dem Prinzip des Druckluftspeicherkraftwerks und nutzt zusätzlich die höhere Energiedichte von Wasserstoff aus, um höhere Speicherkapazitäten zu erreichen. Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit eines Wasserstoff-Druckluftspeicherkraftwerks wird das Konzept zunächst analysiert und mit anderen Konzepten zur Speicherung von Druckluft oder Wasserstoff verglichen. Die optimale Dimensionierung zur gleichzeitigen Teilnahme an mehreren Energiemärkten wird anhand eines linearen Optimierungsmodells mit perfekter Prognose untersucht. Die Ergebnisse der Dimensionierung werden im Anschluss hinsichtlich des Einflusses von Betriebsrestriktionen mit einem gemischt-ganzzahligen linearen Optimierungsmodell analysiert. Zusätzlich wird der Einfluss von Prognoseunsicherheiten im Rahmen einer rollierenden Planung untersucht. Zusammenfassend zeigen die Untersuchungen, dass ein Wasserstoff-Druckluftspeicherkraftwerk bereits heute und vor allem in Zukunft bei noch höheren Anteilen von fluktuierenden, regenerativen Erzeugern gewinnbringend betrieben werden kann. Voraussetzung ist neben der Wasserstoffspeicherung die zusätzliche Speicherung und Nutzung von Druckluft mit integrierten Druckluftkompressor, da dadurch der Speicherwirkungsgrad und Möglichkeit zur Erbringung negativer Regelenergie deutlich verbessert wird. Ein Großteil der jährlichen Erlöse des Speicherkraftwerks wird am Day-Ahead-Markt erzielt, ein wirtschaftlicher Betrieb ist jedoch erst möglich, wenn auch andere Energiemärkte, wie die Regelenergiemärkte, berücksichtigt werden. Zukünftige Preisentwicklungen der anderen Energiemärkte führen dazu, dass die Gewinne des HCAES in Zukunft steigen, sodass das Speicherkraftwerk bereits heute größer dimensioniert werden könnte als aktuell notwendig. Ein profitabler Betrieb ist auch im Hinblick auf einen schonenden Betrieb der thermischen Komponenten möglich, allerdings nur, wenn die Strompreise mit geringem Fehler prognostiziert werden.