Kaliforniens Hitzewelle ist ein großer Moment für Batterien

Während einer späten sommerliche Hitzewelle in Kalifornien, goldene Stunde wird zur Gefahrenstunde. In den Büros des California Independent System Operator, der das Stromnetz des Bundesstaates verwaltet, wird es eng. Ihre Mission ist es, die Elektronen dorthin zu bringen, wo sie hin sollen – andernfalls drohen Millionen Stromausfälle.

Dieses Risiko ergibt sich aus einem kurzen, aber wichtigen Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage. Ein wachsender Anteil der Energie des Staates stammt aus Sonnenkollektoren, die im vergangenen Jahr etwa ein Fünftel der Versorgung ausmachten. Aber wenn die Sonne untergeht und diese Panels keine Photonen mehr empfangen, steigt die Nachfrage nach Strom weiter an. Die Leute kommen von der Arbeit nach Hause, schließen ihre Elektrofahrzeuge an und schalten dann die Klimaanlage ein, um die Nachmittagsmüdigkeit zu beseitigen. Vielleicht machen sie Abendessen und lassen die Spülmaschine laufen. Zurück auf der Arbeit brummen währenddessen wahrscheinlich noch die Lichter im Büro.

Dies waren die Bedenken während des Hitzenotfalls in dieser Woche, als Dutzende von Städten betroffen waren brach alle Temperaturrekorde und der Energiebedarf stieg. Aber dieses Mal hatte die kalifornische ISO etwas mehr Saft, mit dem sie arbeiten konnte: eine relativ neue Flotte von Batterien im Rastermaßstab. Sie sind so konzipiert, dass sie ihre Leistung etwa vier Stunden lang halten – gerade lange genug, um die Lücke am Abend zu überbrücken. Bei Spitzenleistung stammen etwa 6 Prozent der Energieversorgung aus diesen sich entladenden Batterien, gegenüber 0,1 Prozent im Jahr 2017 eine Analyse von BloombergNEF. Die Kapazität wurde im vergangenen Jahr nahezu verdoppelt. Kurz nach 18 Uhr am Dienstag übertrafen die Batterien die Leistung des letzten verbleibenden Kernkraftwerks des Bundesstaates und erreichten einen Höchststand von knapp 3.000 Megawatt.

Es gab auch einen zweiten Schub, diesmal auf der Nachfrageseite. Gegen 17:45 Uhr summten die Telefone von Millionen von Kaliforniern, als ein massiver Textblock eintraf, der sie anflehte, all diese abendlichen Rituale zu verschieben, um Energie zu sparen. Anscheinend taten sie es. In den nächsten 20 Minuten verschwanden laut Anne Gonzales, einer kalifornischen ISO-Sprecherin, mehr als 2.000 Megawatt Bedarf aus dem Netz. Es geschah so schnell, dass viele Energieexperten fassungslos waren. „Ich war angenehm überrascht zu sehen, wie alle zusammenkamen“, sagt Ryan Hanna, Energieforscher an der University of California, San Diego.

Insgesamt, sagt Hanna, sind sowohl der Batterieverbrauch als auch Textwarnungen relativ „marginale“ Inputs, um Angebot und Nachfrage im Gleichgewicht zu halten, angesichts der rekordverdächtigen Spitzennachfrage in dieser Woche: 52.000 Megawatt. In den Abendstunden setzt der Staat noch auf Erdgas zur Abrundung der Stromversorgung sowie auf Importe aus anderen Staaten. (Zum Vergleich: Gas erreichte einen Spitzenwert von fast 27.000 Megawatt.) Aber in einer Krise wie dieser „sind die Margen alles“, fügt er hinzu. Während Versorgungsunternehmen in einigen Gemeinden in der Bay Area am Dienstag rotierende Ausfälle vornahmen, von denen etwa 50.000 Kunden betroffen waren – das Ergebnis dessen, was die kalifornische ISO später als Fehlkommunikation bezeichnete – waren das weit weniger als erwartet. Am Mittwoch und Donnerstag wurden trotz Annäherung an den Nachfragerekord vom Dienstag Stromausfälle erneut vermieden.

Es war ein relativ langsamer Hochlauf für den groß angelegten Batterieeinsatz. Die Bemühungen, das Netz zu überholen und mehr Speicher zu schaffen, begannen vor einem Jahrzehnt, sind aber in Bezug auf die tatsächlichen Installationen hinter der Erzeugung erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarparks zurückgeblieben. Das liegt zum Teil daran, dass Batterien ein Regulierungsrätsel sind. Um die richtigen Anreize für eine Stromquelle zu finden, die Energie speichert, anstatt sie zu produzieren, ist einige knifflige Mathematik erforderlich. Und obwohl Solarmodule und Windturbinen mittlerweile allgegenwärtig sind, haben Netzbetreiber weniger Erfahrung mit dem Einsatz von Batterien in großem Maßstab, sodass technische Unsicherheiten bestehen bleiben. Die größte Batterie des Staates, eine 1.600-MW-Stunden-Anlage, die in einer Erdgasanlage in Moss Landing untergebracht ist, war fast ein Jahr lang größtenteils offline, da es Probleme mit der Temperaturregelung der riesigen Stapel von Lithium-Ionen-Batterien gab.

Es gibt andere Knicke, die ausgearbeitet werden müssen. Anfang dieser Woche begannen sich einige Batterien früher als erwartet zu entladen, als der Preis, den Batteriebetreiber für ihre Energie bezahlten, eine staatlich vorgeschriebene Obergrenze überstieg. (Zu diesen Betreibern können lokale Versorgungsunternehmen oder unabhängige Unternehmen gehören.) Da es keinen Vorteil gab, ihre Elektronen länger zu halten, begannen die Batterien, ihre Lasten zu entladen, lange bevor das Netz in Alarmbereitschaft versetzt wurde. Die Analyse, ob das der richtige Schritt war, „steht noch aus“, sagt Dan Kammen, Energieexperte an der University of California, Berkeley. Aber es wird wahrscheinlich Diskussionen über den richtigen Weg auslösen, um den Batteriebetrieb zu fördern – und möglicherweise die Software neu zu gestalten, die ihren Betrieb steuert, um in Extremsituationen flexibler zu sein.

In den letzten zwei Jahren war der Unterschied in der Batterienutzung in den frühen Abendstunden deutlich – eine Steigerung von mehr als dem Zehnfachen bei Spitzennutzung im Jahr 2022 im Vergleich zu 2020. Staatliche Pläne sehen eine Erhöhung auf 41 Gigawatt Energiespeicher bis 2045 vor. von heute etwa 3 Gigawatt.

Und das ist auch gut so, betont Kammen, denn in gewisser Weise hatte Kalifornien für den größten Teil dieser Hitzewelle Glück. Obwohl es brutal heiß war, war es nicht stürmisch. Starke Winde riskieren Stromleitungsprobleme, die Brände auslösen können, sodass Versorgungsunternehmen den Strom präventiv abschalten können, um Probleme zu vermeiden. Schlimmer noch, wenn Brände funken, können sie andere Teile des Systems zum Abschalten zwingen oder Rauch erzeugen, der die Sonne verdeckt und die Solarleistung verringert. (Das geschah am Ende der Hitzewelle am Donnerstagabend aufgrund von Bränden in Südkalifornien, was die Beamten zwang, früher am Tag mit Forderungen nach einer Reduzierung der Nachfrage zu beginnen.) Die meist ruhigen Bedingungen in dieser Woche bedeuteten, dass die Netzbetreiber den Luxus hatten, den größten Teil davon zu nutzen die ihnen zur Verfügung stehenden Werkzeuge. Und es bedeutete, dass Hunderttausende von Haushalten und Unternehmen dank Solaranlagen auf dem Dach ihren eigenen Strom lieferten, wodurch das Stromnetz entlastet wurde. Solar auf dem Dach lieferte während der Spitzenzeit am Dienstag bis zu 8.000 Megawatt.