Bitcoin Mining

Bild eines Bitcoin-Blocks an einer grünen Datenkette

Bitcoin Mining - virtueller Stromspeicher?!

Der Umstieg auf Strom aus regenerativen Energieträgern stellt bestehende Strukturen vor einige Herausforderungen, welche im Moment durch hohe Ausgaben gelöst werden.  

Zum einen werden große Mengen an Strom da produziert, wo sie in der produzierten Menge nicht verbraucht werden kann. Das hat zur Folge, das für diesen Strom ein Verteilungsnetzwerk auf oder zumindest ausgebaut werden muss. 

Zum anderen wird eine große Menge an Strom dann produziert, wenn verhältnismäßig wenig Strom verbraucht wird. Diesen Strom effizient zu speichern ist im Moment nicht möglich. 

Studie Zusammenfassung (übersetzt durch den Google-Translator): 

“Die Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie (wie Solar- und Windenergie) in Mikronetzen (MGs) gewinnt an Bedeutung, um Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Mikronetzbetreiber (MOs) zielen darauf ab, autarke, ökologisch nachhaltige Netze zu schaffen und die Kapazität erneuerbarer Energiequellen (RESs) um bis zu 100 % zu erhöhen. Trotz der Vorteile dieses Trends ergeben sich Herausforderungen aus den unkontrollierten Eigenschaften dieser Stromerzeugungen und ihren saisonalen Schwankungen, die zu Schwankungen und einer Einschränkung der erneuerbaren Energie führen. Obwohl technische Lösungen wie Demand-Response-Programme (DR) und konventionelle elektrische Energiespeichersysteme (EESSs) hilfreich sein können, können diese in Ländern mit hohen saisonalen Schwankungen bei Energieerzeugung und -verbrauch an ihre Grenzen stoßen. In diesem Dokument werden Kryptowährungs-Mining-Lasten (CMLs) als innovative virtuelle Energiespeichersysteme (VESSs) vorgestellt, die als Kryptowährungs-Energiespeichersysteme (CESSs) bezeichnet werden. Es wird eine Struktur zur Speicherung überschüssiger erneuerbarer Energie in Kryptowährungseinheiten (CCUs) wie Bitcoin (BTC) vorgeschlagen. CESSs können während Schwachlastzeiten aufgeladen und umgekehrt während Zeiten mit hoher Nachfrage entladen werden, um die Gesamtbetriebskosten von MGs zu senken. Darüber hinaus wird eine neue Formulierung für ein Energiemanagementsystem (EMS) für den optimalen Betrieb von MGs in Gegenwart von CESSs vorgestellt, die die Möglichkeit bietet, zusätzlichen Strom aus RESs zu erzeugen und die Kürzung erneuerbarer Energien zu mildern. In diesem Dokument werden die optimalen Betriebsbedingungen sowohl von Insel- als auch von netzgekoppelten MGs mit dem vorgeschlagenen CESS untersucht. Unter Verwendung eines Datensatzes von einer Insel in Finnland als praktisches MG wird seine Wirksamkeit anhand mehrerer Fallstudien demonstriert. Die Ergebnisse einer Fallstudie in diesem Dokument zeigen, dass das vorgeschlagene CESS die Betriebskosten des MG um etwa 46,5 % senken kann. Darüber hinaus wird gezeigt, dass durch die Anwendung von CESS die Kürzung erneuerbarer Energien erheblich reduziert und gegen Null geht.”

Gesamte Studie:  

Das Bestreben, Deutschland in Energiezellen aufzubauen, hat genau diese Probleme. Wie können wir Energie speichern wenn wir sie im Überfluss haben und sie schnell wieder mobilisieren, wenn wir sie brauchen? 

Ungedeckte Residuallast

Aus physikalischen Gründen muss im gesamten europäischen Stromnetz der Bedarf an Strom zu jedem Moment der Stromproduktion entsprechen. Zudem muss sichergestellt werden, dass der Strom jederzeit von der Stromerzeugung zum Stromverbraucher fließen kann. Ist die Strombilanz nicht ausgeglichen, steigt oder fällt die Frequenz im Netz. Die Frequenz muss in sehr engen Grenzen eingehalten werden, andernfalls kommt es zur automatischen Abschaltung der Stromproduktionsanlagen, einem Blackout, wie es das Schweizer Fernsehen in einem fiktionalen Dokumentarfilm zeigte.

Kommt es zu einer Überlastung von Stromleitungen, fallen diese ebenfalls aus. Es kommt zu einem partiellen Netzausfall. Als Folge von partiellen Netzausfällen kann es wiederum zu großflächigen Stromausfällen kommen.

In der Schweiz gilt gemäß Bundesamt für Bevölkerungsschutz eine lang andauernde Strommangellage inzwischen als größtes Risiko der Schweiz.

In Deutschland sollen 2022 alle Kernkraftwerke vom Netz genommen werden. Die fossilthermischen Kraftwerke (Kohlekraftwerke, Gaskraftwerke) sollen aufgrund der Klimadebatte so schnell als möglich vom Netz gehen.

In Grafik 1 entspricht die graue Fläche (Konventionelle Kraftwerke) den fossilthermischen Kraftwerken. Diese graue Fläche wird in Grafik 2 als Residuallast bezeichnet. Es handelt sich um den Teil des Strombedarfs, der nicht durch die fluktuierende Produktion von Solarkraftwerken und Windkraftwerken gedeckt wird.

Die Residuallast muss gedeckt werden durch:

  1. Reduktion des Strombedarfs (Stromentschwendung)
  2. Geplantes Abschalten von Stromverbrauchern
  3. Geplantes Zuschalten von Stromproduktionsanlagen
  4. Stromspeicher
  5. Import von Strom

Kann die Residuallast nicht gedeckt werden, kommt es unweigerlich zu Stromausfällen.

Grafik 1

Quelle: Agorameter von Agora Energiewende

Wären zwischen dem 15. Dezember 2021 und dem 22. Dezember 2021 alle Kernkraftwerke und fossilthermischen Kraftwerke außer Betrieb gewesen, hätte Deutschland eine Residuallast von etwa 50 GW gehabt.

Grafik 2 zeigt, dass selbst wenn der Strombedarf 2040 zu 86% regenerativ gedeckt wird, dass die Residuallast auf 70 GW steigt.

 

Grafik 2

Quelle: Agorameter von Agora Energiewende

 

Grafik 2 zeigt, dass selbst wenn der Strombedarf 2040 zu 86% regenerativ gedeckt wird, die Residuallast auf 70 GW steigt. Warum Agora plant den Stromverbrauch so zu flexibiliseren, dass auch eine Residuallast besteht bei sehr hoher regenerativer Stromproduktion können wir nicht nachvollziehen.

Die Berechnungen von Agora Energiewende berücksichtigen nicht, dass die Dekarbonisierung des Wärmesektors mittels Wärmepumpen die Residuallast um weitere 50 bis 150 GW erhöht.

Dabei ist die entscheidende Frage, ob für die Dekarbonisierung der Wärmeerzeugung Wärmepumpen mit kalter Wärmequelle (Außenluft/Wasser-Wärmepumpen) oder Wärmepumpen mit warmer Wärmequelle (Erdwärme, Grundwasser, Abwärme, Solarthermie) zum Einsatz kommen. Im ersten Fall ist mit einer zusätzlichen Erhöhung der Residuallast um 150 GW zu rechnen im zweiten Fall mit einer zusätzlichen Erhöhung um 50 GW.

Das Problem kann gelöst werden durch:

  • Stromentschwendung
  • Gezieltes Ausschalten von Stromverbrauchern
  • Gezieltes Zuschalten von geeigneten Stromproduktionsanlagen
  • Stromspeicher

Wird das Problem der fehlenden Residuallast nicht zeitnah gelöst, kommt es unweigerlich zu einer lang andauernden Strommangellage. Vorfälle wie am 27. 7.2021 (Stromausfall eines grossen Teils Spanien) lassen sich bei fehlender Residuallast immer weniger begrenzen.

Eine europäische lang andauernde Strommangellage würde sofort dazu führen, dass Europa seinen Beitrag zu Lösung des Klimaproblems leistet, jedoch mit verheerenden Folgen für die Menschen.

Der Deckung der Residuallasten muss somit mit höchster Priorität angegangen werden.

Die heute bekannten Lösungen lassen sich idealerweise lokal umsetzen.

Wir bezeichnen diese lokalen Lösungen als Energiezellen. Solche Energiezellen können in ihrem Stromversorgungsgebiet für eine ausgeglichen Strombilanz sorgen. Besteht im übergeordneten Netz ein Überschuss an Strom, können Energiezellen den Strombedarf in der Energiezelle erhöhen. Besteht im übergeordneten Netz eine Mangel an Strom, kann die Energiezelle Strom ans übergeordnete Netz abgeben. Kommt es zu einem Ausfall des übergeordneten Netzes, trennt sich die Energiezelle vom übergeordneten Netz und stellt in der Enegiezelle die Stromversorgung sicher. Werden Energiezellen wir Waben aufgebaut und eng vernetzt, können sie den Transport von Strom von Zelle zu Zelle übernehmen. Soche Waben können problemlos grosse Übertragungsleitungen ersetzen.

Die technischen Lösungen sind weitgehend bekannt. Es fehlt jedoch an einem Strommarkt-Designe, dass den richtigen technischen Lösungen mittels Wirtschaftlichkeit zum Durchbruch verhilft.