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Technologie-Roadmap: Energiespeichersysteme in und aus Österreich

Ziel der gegenständlichen Roadmap ist es, Schritte zur Umsetzung einer F&E-Strategie für Speichersysteme vorzubereiten, wobei als Schwerpunkte

  • eine zukünftige Energieversorgung mit 100 % erneuerbaren Energien und
  • die Positionierung und Stärkung der österreichischen Industrie und deren Technologieentwicklungskompetenz

gesetzt werden.

Dafür werden im ersten Teil der Roadmap Technologien und Anwendungsfelder aufgezeigt und beschrieben und dann im zweiten Teil die erforderlichen FTI-politischen Maßnahmen herausgearbeitet. Das Ergebnis basiert auf einer umgreifenden Bestandsaufnahme (aufbauend auf den Ergebnissen der Speicherinitiative des Klima- und Energiefonds) sowie einer partizipativen Einbindung der relevanten Stakeholder im Rahmen von zwei Workshops. Die Roadmap trägt damit zur Umsetzung der klima- und energiepolitischen sowie industriepolitischen Zielsetzungen durch Forschung, Technologieentwicklung und Innovation bis 2030 bei.

Ausgangssituation

Im April 2017 wurde die ENERGIE Forschungs- und Innovationsstrategie des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit) und des Klima- und Energiefonds (KLIEN) veröffentlicht, in der Umwandlungs- und Speichertechnologien im Themenfeld 5 speziell hervorgehoben werden. Speichertechnologien, die sowohl elektrische als auch thermische, mechanische, chemische und elektrochemische Speicher umfassen, sollen zukünftig wichtige Bausteine eines integrierten Energiesystems darstellen, wobei die optimale Wahl und Kopplung von Speichertechnologien hinsichtlich der systemischen Perspektive zu beachten ist.

Ziel dieser Roadmap ist es, aufbauend auf den Ergebnissen der Speicherinitiative des Klima- und Energiefonds zur Umsetzung dieses thematischen Schwerpunktes der ENERGIE Forschungs- und Innovationsstrategie beizutragen. Dadurch soll einerseits die österreichische Energiezukunft sichergestellt bzw. der Weg für eine österreichische erneuerbare Energiezukunft geebnet werden. Andererseits kann die österreichische Technologieentwicklungskompetenz für einen globalen Zielmarkt abgesichert werden. Als Leitdimension werden Speicher im Kontext zweier relevanter Themenbereiche untersucht und spezifische Handlungsempfehlungen erarbeitet:

  1. Rolle und Relevanz von Speichersystemen in einer zukünftigen Energieversorgung mit 100 % erneuerbaren Energien: Es werden die großen Handlungsfelder (Strom, Wärme und Verkehr) sowie die Auswirkungen auf die Bereiche Energieinfrastruktur, industrielle Prozesse und Gebäude gleichermaßen berücksichtigt, wobei die Betrachtung von Synergien und Wechselwirkungen zwischen den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr von großer Bedeutung sind.
  2. Positionierung und Stärkung der österreichischen Industrie und deren Technologieentwicklungskompetenz in diesem dynamischen und weltweiten Zukunftsmarkt.

Das Ziel der Roadmap ist damit auch, ein strategisches Entscheidungsinstrument der Energietechnologiepolitik und der Energiewirtschaft bereitzustellen, um die Voraussetzungen dafür schaffen zu können, dass Österreich Leitanbieter für Strom- und Wärmespeicher wird.

Projektverlauf

Im ersten Schritt wurden bestehende Analysen, Dokumente und Arbeiten zu Speicherentwicklungen sowie internationale Speicher-Roadmaps identifiziert und auf die Relevanz für Österreich untersucht. Ebenso wurde eine Patentanalyse durchgeführt. Ein spezieller Fokus liegt dabei auf folgenden nationalen und internationalen Arbeiten:

  • International: Studien und Roadmaps der internationalen Energieagentur und weiterer internationaler Netzwerken (z. B.: IRENA) sowie Patentdaten der REGPAT Datenbank der OCED
  • Europäisch: Arbeiten im Zuge des SET-Plans (z. B. Grid+, Grid+Storage, SET-Plan Indikatoren), relevante Aspekte aus dem „Winter Package“ (COM(2016) 860 von DG Energy) und Arbeiten in der European Energy Research Alliance
  • National: Der „Abschlussbericht der Speicherinitiative Startphase“, die nationale ENERGIE Forschungs- und Innovationsstrategie des bmvit und Klima- und Energiefonds, Auswertungen aus laufenden und abgeschlossenen nationalen Projekten sowie anderer aktueller und spartenübergreifender Studien und Arbeitspapiere

Der erste Schritt wurde mit einem Arbeitspapier abgeschlossen, das sich aus den Ergebnissen der Desk-Research-Aktivitäten sowie der ExpertInnenbefragungen zusammensetzt. Das Arbeitspapier wurde vor dem Workshop an die TeilnehmerInnen verteilt und diente damit als Grundlage für die Diskussionen, aber auch für die weiteren Schritte und ist in die Erstellung der Roadmap eingeflossen.

 

Technologiepfade und Zielerreichung

Im zweiten Schritt, der partizipativen Projektphase, wurden relevante Stakeholder zu einem Workshop eingeladen, bei dem der Frage nachgegangen wurde, welche Technologiepfade zur Zielerreichung beitragen können und welche Schritte dazu rückblickend bis zur Gegenwart erforderlich sind (Backcasting, ausgehend von bestehenden Klima-Energie- und forschungs-, technologie- und innovationspolitischen Zielen und Rahmenszenarien). Die Fragen wurden mit mehr als 50 ExpertInnen aus Wirtschaft und Forschung in einem eintägigen Stakeholder-Workshop diskutiert und relevante Technologiepfade erarbeitet. Die Auswahl der ExpertInnen wurde in Abstimmung mit dem Auftraggeber getroffen und setzte sich unter anderem aus Personen zusammen, die bereits in die Speicherinitiative eingebunden waren, ergänzt durch ExpertInnen, die in den vergangenen Jahren an relevanten Forschungsprojekten zum Thema Speicher mitgewirkt hatten.

Die zentrale Fragestellung des Workshops war eine strukturierte Bedarfserhebung, wie das Ziel einer zukünftigen Energieversorgung mit 100 % erneuerbaren Energien erreicht werden kann. Folgende Fragen wurden behandelt:

  • Wie hoch ist die Erwartung, dass einzelne Anwendungen für Speicher in den kommenden zehn Jahren in Österreich Anwendung finden?
  • Wie wichtig ist der Anwendungsfall für eine 100%ig erneuerbare Energieversorgung?
  • Welche Eigenschaften muss eine Speichertechnologie aufweisen, um für die relevanten Anwendungsfälle geeignet zu sein (Ansprechzeit, Energiedichte etc.)?

Diese Fragen wurden für Speicher und Anwendungsfälle, welche im vorangegangenen Schritt identifiziert wurden, durchgeführt. Es wurden drei Hauptkategorien von Speichern behandelt:

  1. Stationäre elektrische Speicher
  2. Stationäre thermische Speicher
  3. Mobile Speicher

Diesen wurden die jeweiligen Anwendungsfälle zugeordnet. Die Kategorien sowie die Anwendungsfälle wurden zur Diskussion gestellt. Von den TeilnehmerInnen eingebrachte Vorschläge wurden ebenfalls aufgenommen und bewertet. Die Anforderung an die Speichertechnologien sowie das Backcasting wurden für ausgewählte, wichtige Anwendungsfälle erarbeitet. Dazu wurden die Einsatzbereiche, die für eine 100%ig erneuerbare Energieversorgung relevant sind (1. Frage), aber eine geringe Einsatzerwartung haben (2. Frage), vor jenen gereiht, die relevant sind und bereits eine hohe Einsatzerwartung aufweisen. An letzter Stelle stehen jene Anwendungsfälle, die nichts zur 100%ig erneuerbaren Energieversorgung beitragen und eine geringe Einsatzerwartung haben.

 

FTI-politische Maßnahmen

Im dritten Schritt wurden im Rahmen eines weiteren Workshops Art und Bedarf der Forschung sowie der zeitliche Verlauf des F&E-Prozesses erarbeitet. Die über 20 TeilnehmerInnen aus dem zweiten Workshop setzten sich aus ExpertInnen aus den Bereichen der universitären, außeruniversitären und industriellen Forschung und Entwicklung zusammen.

Der erste Teil des Tagesprogramms beschäftigte sich mit Sektorkopplungstechnologien, da die Schnittstellen zwischen Strom-, Wärme- und Gasnetz sowie Mobilität für die Roadmap von großer Bedeutung sind. Daher wurden analog zum ersten Workshop Anwendungsfälle für Sektorkopplungen erarbeitet. Diese wurden mit den ExpertInnen diskutiert, bewertet und priorisiert.

Im zweiten Teil des Workshops fand die Zuordnung der FTI-politischen Maßnahmen für die priorisierten Anwendungsfälle mit Berücksichtigung der Sektorkopplungen statt. Als Grundlage für die Entwicklung der Roadmap wurden anschließend Anwendungsfälle zu Anwendungsfeldern geclustert und beurteilt. Hieraus wurden geeignete direkte Fördermöglichkeiten für Forschung, technologische Entwicklung und Innovation (FTI) anhand des Technologiereifegrads (TRL) identifiziert. Dafür wurden die direkten FTI-Förderungen der Grundlagenforschung (TRL 1), industriellen Forschung (TRL 2 bis TRL 4) und experimentellen Entwicklung (TRL 5 bis TRL 8) sowie der Marktüberleitung (TRL 9) unterschieden und festgelegt, welche dieser Maßnahmen auf der Zeitachse von 2018 bis 2030 erforderlich sind. Basis für die Ableitung von Handlungsempfehlungen ist die Bestimmung zeitlicher Entwicklungsschritte. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Marktüberleitung zwei Jahre vor der eigentlichen Markteinführung gemacht werden muss. Darüber hinaus wurden weitere FTI-politische Maßnahmen (z. B.: Vernetzung, Investitionsanreize etc.), welche zur Erreichung der klima- und energiepolitischen sowie industriepolitischen Zielen getroffen werden sollten, identifiziert, um Markt- und strukturellem Innovations-Systemversagen entgegenzuwirken.

Ergebnisse

Der erste Teil der Roadmap bietet einen Überblick über Speichertechnologien und deren Anwendungsfelder. Die Relevanz der Technologien für den Standort Österreich wurde in den Kriterien „Heimische Produktion/Assembling, Heimische Technologiekompetenz, Großes Exportpotenzial, Heimisches Forschungswissen“ bewertet und durch die Analyse der relativen Spezialisierung Österreichs in der Patentierung im internationalen Vergleich ergänzt.

In Bezug auf Sektorkopplungen wurde eine Vielzahl von möglichen Kopplungsvarianten betrachtet. Dabei wurden für Speicher folgende Sektorkopplungen als relevant identifiziert und folglich in allen Anwendungsfeldern mitbetrachtet:

  • Power-to-Heat
  • Power-to-Gas
  • Power-to-Liquid
  • Gas-to-Power
  • Power-to-Mobility
  • Vehicle-to-X

Um zentrale Funktionenim zukünftigen Energiesystem zu erfüllen, müssen die technologischen Anforderungen von Speichersystemen in deren Anwendungsfeldern entsprechend entwickelt sein. Dafür werden in der Roadmap mögliche Anwendungsfälle von Speichertechnologien und die dafür erforderlichen Eigenschaften herausgearbeitet und nach einer Priorisierung die Anzahl der Anwendungsfälle reduziert bzw. in Anwendungsfelder geclustert.

Die Roadmap liefert für die neun identifizierten Anwendungsfelder, welche sich auf vier wesentliche Anwendungsbereiche zusammenfassen lassen, die notwendigen technologischen Anforderungen, Technologieoptionen für die Sektorkopplung sowie FTI-politische Maßnahmen:

  1. Saisonaler Ausgleich bei 100 % RES im Gesamtenergiesystem
  2. Optimierung und Flexibilität des Gesamtenergiesystems und der operativen Stabilität der Stromnetze
  3. Optimierung und Flexibilität lokaler Energiesysteme
  4. Elektromobilität

Steckbrief

Koordinator
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Projektleitung
Werner Friedl, werner.friedl@ait.ac.at
Schlagwörter
Energiespeicher Speichersysteme Vorzeigeinnovation Best-Practices Energie- und Umwelttechnologien
Förderprogramm
Energieforschung
Dauer
05.2017 - 05.2018
Budget
114.000 €