Beim elektrischen Strom ist es in der Schweiz wie mit dem Hahnenwasser. Er fliesst rund um die Uhr. Stecker rein – und die Stereoanlage läuft. Blackouts im Schweizer Stromnetz sind so selten, dass sie für Schlagzeilen gut sind, wenn es doch einmal passiert.

Dabei ist der Stromverbund ein sensibles System. Das wird einem klar, wenn man Marina González Vayá zuhört. Die Leiterin für Technologiemanagement bei den EKZ, den Elektrizitätswerken des Kantons Zürich, stellte gestern die neuste Innovation des Energiedienstleisters vor: die grösste Batterie der Schweiz. Sie steht im Unterwerk in Volketswil und hilft mit – wenn auch in kleinem Rahmen –, das kontinentaleuropäische Stromnetz, in das auch die Schweiz eingebunden ist, zu stabilisieren. Die Bedeutung von Regelenergie steige mit zunehmendem Anteil an schwankender Wind- und Solarenergie im Netz, sagt González.

Ungleichgewicht im Stromnetz

Die Planung des täglichen Netzbetriebes ist schwieriger geworden. Netzbetreiber, Kraftwerkeigentümer und Händler müssen damit rechnen, dass unerwartet starke Windböen in der Nordsee die Menge an Windstrom kurzfristig ansteigen lassen. Oder ein Wolkenband kann an einem schönen Tag Solarspitzenstrom für eine kurze Zeit brechen. Das führt unweigerlich zu einem Ungleichgewicht im Stromnetz – mit fatalen Folgen, falls es nicht sofort behoben wird.

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Ist das Stromnetz in Balance, so «schwingt» der Wechselstrom im Netz mit einer Frequenz von 50 Hertz (Hz). Das ist der Fall, wenn sich Produktion und Verbrauch die Waage halten. Wird mehr Strom produziert als konsumiert, steigt die Netzfrequenz über 50 Hz, ist zu wenig Strom vorhanden, liegt sie darunter. Bereits geringe Abweichungen bringen die Versorgung in Nöte. Maschinen und Generatoren werden automatisch vom Netz getrennt, damit Schäden an den Geräten verhindert werden.

Netzbetreiber wie Swissgrid, die für das Übertragungsnetz in der Schweiz verantwortlich ist, kaufen sogenannte Regelenergie zum Beispiel von Pumpspeicherkraftwerken oder eben von Batterieanbietern wie den EKZ. Diese haben Erfahrung mit elektrischen Speichern. Bereits vor sechs Jahren nahmen sie eine Batterie in Betrieb, die ein Megawatt Leistung aufwies und Energie speichern konnte, um einen durchschnittlichen Vierpersonenhaushalt 40 Tage lang mit Strom zu beliefern.

Andere Dimensionen

Die neue Grossbatterie hat ganz andere Dimensionen: Sie leistet 18 Megawatt und speichert Strom, der die rund 18'500 Einwohner von Volketswil während 8 bis 12 Minuten mit Energie versorgen könnte. Beide elektrischen Speicher bestehen aus Lithium-Ionen-Zellen, wie sie in Handys oder auch in Autobatterien verwendet werden.

Als einziges Energieunternehmen in der Schweiz bieten die EKZ eine Batterieleistung von rund 15 Megawatt als Regelenergie von Swissgrid an. Das ist vergleichbar mit einem Versicherungsvertrag. Swissgrid bezahlt für die reservierte Energieleistung, die nur bei Bedarf eingesetzt wird. Der Preis dafür wird wöchentlich durch eine Auktion auf dem Markt für sogenannte Primär­regelenergie in Europa festgelegt. An diesem Markt nehmen Energiedienstleister teil, die über Anlagen verfügen wie Pumpspeicherkraftwerke oder Batterien, die bei Frequenzschwankungen innert Sekunden die reservierte Energieleistung ins Netz speisen können. Das geschieht in der Regel automatisch. Auch das System der Batterie in Vol­ketswil ist so programmiert, dass die Batterie bei Frequenzabweichungen selbstständig einen Stromstoss ans Netz abgibt.

Die Grossbatterie soll in vier bis fünf Jahren amortisiert sein.

Für die EKZ soll sich die Investition für den Bau und Netzanschluss von rund 6 Millionen Franken lohnen. Derzeit kostet ein Megawatt Regelenergie pro Woche im Durchschnitt 2400 Franken. Die EKZ rechnen damit, dass die Batterie schon in vier bis fünf Jahren amortisiert ist – vorausgesetzt die Stromtarife bleiben günstig.

Seit dem Bau der ersten Batterie hat sich in der Branche einiges getan. Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sind massiv gesunken, während die Lebensdauer deutlich angestiegen ist. Vor sechs Jahren garantierte der Batteriehersteller, das koreanische Unter­nehmen LG Chem, für den Speicher in Dietikon eine Lebensdauer von fünf Jahren, heute sind es zehn Jahre. «Das Batterievolumen ist heute um 30 Prozent kleiner», sagt Claudio Cerri, der Leiter Anlagenbau und Netzdienstleistungen bei den EKZ.

Global hat sich die Batteriekapazität laut der Internationalen Energieagen­-tur auf gut 700 Megawatt (Stand 2015) in den letzten zehn Jahren versechsfacht. In der Schweiz beträgt die Kapazität mit der neuen Grossbatterie etwa 20 Megawatt.

Alternative zu Pumpspeicher

Grossbatterien könnten in Zukunft durchaus eine Alternative zu Pumpspeicherkraftwerken sein. «Wir gehen aber nicht davon aus, dass Grossbatterien die Pumpspeicher überflüssig machen», sagt Patrick Mauron, Mediensprecher von Swissgrid. Die Zukunft liege in einem Mix aus verschiedenen Speichertechnologien für unterschiedliche Anwendungen. Einer der grössten Vorteile der Batterie ist die Reaktionsgeschwindigkeit. «Dies kann in Zukunft bei verstärkter Einspeisung von erneuerbarer Energie für die Systemstabilität an Bedeutung gewinnen», sagt Mauron. So hat Grossbritannien bereits vor zwei Jahren eine neue Art von Frequenzsteuerung eingeführt, die schneller ist als die gängige Primärregelung im Sekundenbereich. Dabei setzen die britischen Netzbetreiber nur auf Batterien.

Experten gehen davon aus, dass die Stromversorgung in der Schweiz bis 2035 den erwarteten Zubau an Foto­voltaik verkraften kann. Bis dann soll 20 Prozent der heutigen Stromproduktion von neuen erneuerbaren Stromquellen stammen. Aber bereits in ab­sehbarer Zeit kann die Solarenergie in überlasteten lokalen Stromnetzen die Stabilität gefährden. «Grundsätzlich ist es heute immer noch günstiger, neue Kupferleitungen oder Trafostationen zu bauen als eine Batterie», sagt Marina González Vayá von den EKZ. Falls der Anteil an Fotovoltaik ansteige, sei es aber volkswirtschaftlich bereits in wenigen Jahren am günstigsten, mit Batterien auf Quartierebene das Netz zu regeln – statt neue Trafos zu bauen oder das Netz zu verstärken.

Doch dafür müssten erst die entsprechenden gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen werden. «Es ist noch nicht erlaubt, Batterien anstelle eines konventionellen Netzausbaus zu bauen und zusätzlich marktwirtschaftlich zu betreiben», erklärt González. Doch erst eine Kombination würde den Einsatz einer Batterie lohnenswert machen. Die Grossbatterie in Volketswil hilft zwar das Netz zu stabilisieren, sie verhindert aber keinen Netzausbau.