158 Tesla Megapacks: So wird das letzte Kohlekraftwerk auf Hawaii ersetzt

Kapolei Energy Storage (KES) von Plus Power mit 185 MW / 565 MWh dient u.a. zur Netzstabilisierung.

Es ist ein gigantischer Erfolg der Energiewende: 158 Tesla Megapacks – in der Gesamtheit als Kapolei-Batterie von Plus Power bezeichnet – lösen auf Hawaii das letzte fossil betriebene Kohlekraftwerk ab. Der US-Bundesstaat hat sich vorgenommen, bis 2045 als erste Region der USA aus der Verbrennung fossiler Energieträger zur Stromerzeugung auszusteigen. Dementsprechend ging 2022 das letzte Kohlekraftwerk vom Netz – bevor nun die Megabatterie zur Netzstabilisierung hinzukam.

Das Kapolei-Energiespeichersystem mit 158 Tesla Megapacks wurde kurz vor Weihnachten 2023 in Betrieb genommen, wie Plus Power, das in Houston ansässige Unternehmen, das das Projekt entwickelt hat, mitteilte. Die Kapolei-Batterie (hier gibt es eine Projektwebseite) gilt als Pionierprojekt und ein führendes Beispiel für die Verlagerung wichtiger Netzfunktionen von fossil befeuerten Kraftwerken auf saubere Energie.

Kapolei Energy Storage (KES) befindet sich auf einem Grundstück von etwa acht Hektar in Kapolei auf der Insel Oahu. Die Lage ist ideal, da es direkt an ein wichtiges Umspannwerk von Hawaiian Electric angeschlossen ist. Mit Werten von 185 MW / 565 MWh bietet das Batteriespeicherprojekt von KES Hawaiian Electric Lastverschiebungs- und Fast-Frequency-Response-Dienste. Dadurch verbessert es die Zuverlässigkeit des Stromnetzes und beschleunigt die Integration erneuerbarer Energien. Im Mai 2021 erhielt KES die Genehmigung der Hawai’i Public Utilities Commission.

Mit seinen 158 Tesla Megapacks trägt das KES-Projekt maßgeblich dazu bei, das AES-Kohlekraftwerk zu ersetzen, das am 1. September 2022 geschlossen wurde. Es unterstützt das Ziel des Staates, bis 2045 vollständig auf erneuerbare Energien umzustellen. Das Projekt erhielt einstimmige Unterstützung vom örtlichen Nachbarschaftsrat und die Genehmigung der Conditional Use Permit-Minor von der Stadt und dem Bezirk Honolulu. Das Projektgelände liegt außerhalb der Tsunami-Evakuierungszone in der Zone I-2 (Industrie) und ist ein optimaler Standort für neue Energieinfrastruktur.

158 Tesla Megapacks laden und entladen

Jetzt laden und entladen sich die 158 Tesla Megapacks auf der Grundlage von Signalen des Energieversorgers Hawaiian Electric. Die 185 Megawatt momentane Entladekapazität des Kraftwerks entsprechen der Leistung, die das alte Kohlekraftwerk in das Netz einspeisen konnte, wobei die Batterien mit einer Reaktionszeit von 250 Millisekunden wesentlich schneller reagieren.

Anstatt Strom zu erzeugen, nehmen sie ihn aus dem Netz auf, idealerweise dann, wenn es mit erneuerbaren Energien überschwemmt ist, und liefern diesen billigen, sauberen Strom in den Abendstunden zurück, wenn er dringend benötigt wird.

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„Es ist ein unglaubliches Gefühl, Teil dessen zu sein, was Hawaii und Hawaiian Electric tun, um zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien zu kommen, und diese Rolle zu spielen, um ihnen dabei zu helfen, einen Schritt näher zu kommen“, sagte Plus Power Executive Chairman Brandon Keefe.
Julian Spector von Canary Media besuchte Oahu im September 2021, um über Hawaiis geplanten Wechsel von Kohle zu Batterien zu berichten.

Der Bauprozess hatte seine Rückschläge, ebenso wie die umfassenderen Bemühungen, das Kohlekraftwerk durch eine Reihe von Großprojekten für saubere Energie zu ersetzen. Die Kapolei-Batterie sollte ursprünglich in Betrieb genommen werden, bevor das Kohlekraftwerk in den Ruhestand geht. Durch Covid wurden die Lieferungen für die gesamte Netzbatterieindustrie unterbrochen, und die abgelegene Lage von Kapolei mitten im Pazifischen Ozean machte die Sache nicht einfacher.

Im Sommer 2021 hoffte Plus Power, Kapolei bis Ende 2022 fertigstellen zu können, doch es dauerte ein weiteres Jahr. Selbst dann ist das Kraftwerk noch vor mehreren anderen großen Solar- und Batterieprojekten ans Netz gegangen, die die Produktion des Kohlekraftwerks durch sauberen Strom ersetzen sollen.

Batterien ersetzen wichtige Funktionen von Kohlekraftwerken

Netzbatterien und Kohlekraftwerke unterscheiden sich grundlegend in ihrer Funktionsweise. Daher haben Hawaiian Electric und Plus Power einen neuen Rahmen geschaffen, um die erforderlichen Ersetzungen vorzunehmen. Der alte Kohlegenerator auf Oahu erfüllte drei wichtige Aufgaben, erklärte Keefe: Er sorgte für Energie (eine große Menge Strom), Kapazität (sofortige Stromlieferung auf Abruf) und Netzdienstleistungen (stabilisierende Funktionen für das Netz, die zwar unberechenbar, aber unerlässlich sind, um die Stromversorgung aufrechtzuerhalten).

Die Batterie übernimmt die Funktionen der beiden letzten. Sie hat die gleiche Leistung wie das Kohlekraftwerk und ist so eingestellt, dass sie die erforderlichen Netzleistungen erbringt, um das Netz stabil zu halten. Das Netz arbeitet innerhalb einer bestimmten Frequenz, aber bestimmte Ereignisse können zu Abweichungen führen, z.B. wenn ein anderes Kraftwerk vom Netz genommen wird oder wenn plötzlich die Solarproduktion den Verbrauch übersteigt.

Das Kapolei-Projekt bietet eine erste Verteidigungslinie, die so genannte „synthetische Trägheit“, die auf Netzabweichungen in Echtzeit reagiert und sie korrigiert. Wenn sich die Situation über einen bestimmten Schwellenwert hinaus weiter verschlechtert, tritt die schnelle Frequenzreaktion der Batterie als zweite Verteidigungslinie in Kraft.

Mit einer Speicherkapazität von 565 Megawattstunden kann die Batterie die Energieerzeugung des Kohlekraftwerks nicht direkt ersetzen, aber sie arbeitet mit dem florierenden Solarsektor der Insel zusammen, um diese Aufgabe zu übernehmen. „Wir ermöglichen es dem Netz, mehr saubere erneuerbare Energie in das System einzuspeisen, um die Energie aus dem Kohlekraftwerk zu ersetzen“, so Keefe.

Die Modellierung von Hawaiian Electric deutet darauf hin, dass das Unternehmen dank der Kapolei-Energiespeicher die Abschaltungen bei den erneuerbaren Energien in den ersten fünf Jahren um schätzungsweise 69 Prozent reduzieren kann.

Modell für ein zuverlässiges Netz mit sauberer Energie

Hawaii hat sich seit langem als Vorreiter in der Energiewende bewiesen, und die neueste Batterie ist dafür ein weiteres Beispiel. Als erster Bundesstaat hat Hawaii die weitverbreitete Nutzung von Solarenergie auf Dächern erreicht und die erste Solar-Batterie-Anlage im Maßstab 1:1 auf Kauai errichtet.

Wenn jedoch die erneuerbaren Energien auf Hawaii einen bestimmten Schwellenwert in Bezug auf ihr Wachstum und die Stilllegung fossiler Kraftwerke überschreiten, genügt es nicht, einfach mehr Wind-, Solar- oder Batterieanlagen zu installieren. Die Netzintegration der sauberen Technologien, die digitale Wechselrichter verwenden, muss nicht nur die Stromversorgung gewährleisten, sondern auch die Netzstabilität sicherstellen.

Es gibt zahlreiche weitere Batterien, die für andere Netze Frequenzdienstleistungen anbieten, und einige von ihnen sind größer als Kapolei. Jedoch ist Kapolei die einzige Großbatterie, die die essenziellen Aufgaben der Spitzenkapazität, des Frequenzgangs, der synthetischen Trägheit und des Netzwiederaufbaus in Kombination bewältigen kann. Dies resultiert aus der zentraleren Rolle, die Kapolei in seinem Netz einnimmt im Vergleich zu anderen Batterieanlagen.

Längerfristig erfordern die Klimaziele der USA einen Ausstieg aus der Nutzung fossiler Brennstoffe im Stromnetz. Wasserkraft- und Kernkraftwerke tragen dazu bei, das Stromnetz ohne Kohlendioxidemissionen aufrechtzuerhalten, aber sie sind nicht auf Wachstumskurs. Deshalb ist dieses Projekt mit 158 Tesla Megapacks für die Umstellung auf saubere Energie überall von Bedeutung: Es ist eines der ersten realen Beispiele dafür, wie kritische Netzfunktionen von fossil befeuerten Anlagen auf saubere Energieanlagen verlagert werden können.

Langfristig ist es erforderlich, dass die USA ihre Klimaziele erreichen und fossile Brennstoffe aus dem Stromnetz aussteigen. Um dies zu ermöglichen, tragen Wasserkraft- und Kernkraftwerke dazu bei, dass das Stromnetz ohne Kohlendioxidemissionen betrieben werden kann. Jedoch befinden sich diese Energiequellen nicht im Wachstum. Aus diesem Grund ist das Projekt zur Umstellung auf saubere Energie von großer Bedeutung, da es eines der ersten praktischen Beispiele dafür ist, wie wichtige Funktionen des Stromnetzes von fossil betriebenen Anlagen auf saubere Energiequellen umgestellt werden können.

Martin Ulrich Jendrischik, Jahrgang 1977, beschäftigt sich seit mehr als 15 Jahren als Journalist und Kommunikationsberater mit sauberen Technologien. 2009 gründete er Cleanthinking.de – Sauber in die Zukunft. Im Zentrum steht die Frage, wie Cleantech dazu beitragen kann, das Klimaproblem zu lösen. Die oft als sozial-ökologische Wandelprozesse beschriebenen Veränderungen begleitet der Autor und Diplom-Kaufmann Jendrischik intensiv. Als „Clean Planet Advocat“ bringt sich der gebürtige Heidelberger nicht nur in sozialen Netzwerken wie Twitter / X oder Linkedin und Facebook über die Cleanthinking-Kanäle ein.