Stromausfälle in Südafrika: Lösungen liegen in Solarparks und Batteriespeichern in großem Maßstab sowie in einem Ende des staatlichen Monopols

Professor für Technologiemanagement, Universität Pretoria

David Richard Walwyn erhält Fördermittel der National Research Foundation für ein Projekt zur Entwicklung der Vehicle-to-Grid-Technologie. Das Projekt steht in keinem Zusammenhang mit dem Inhalt dieses Artikels.

Die University of Pretoria stellt als Partner von The Conversation AFRICA finanzielle Mittel bereit.

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Dauerhafte Stromausfälle kommen Südafrika teuer zu stehen. Die Stromkrise stellt ein Wachstumshemmnis dar, zerstört das Vertrauen der Anleger und behindert nahezu jede Wirtschaftstätigkeit. Es hat die Inputkosten für Produzenten und Einzelhändler erhöht und eine neue Runde von Inflations- und Zinserhöhungen ausgelöst.

Jede Lösung wird natürlich mit Kosten verbunden sein, da sie die Einführung neuer Technologien erfordert, wie beispielsweise große netzgebundene Solarparks, die mit Batteriespeichern verbunden sind. Doch diese Technologien sind teuer. Ein Solarpark bestehend aus 50 MW Photovoltaikmodulen und 240 MWh Speicherkapazität wird 2,6 Milliarden Rand kosten. Batterien sind der größte Kostenfaktor und machen etwa 40 % der Gesamtkosten aus.

Ein Photovoltaikmodul wandelt Sonnenenergie in Strom um, der zum Aufladen einer Batteriebank oder zur direkten Versorgung von Verbrauchern genutzt werden kann. In Spitzenzeiten speisen die Batterien dann die gespeicherte Energie ins Netz ein.

Die Kombination von Solarenergie und Speicherung macht es im Vergleich der erzeugten Energieeinheiten teurer als Kohle – die immer noch 80 % der Stromerzeugung Südafrikas ausmacht. Aber diese Technologie ist im Vergleich zu den Optionen, die Verbraucher bereits in großem Umfang einsetzen – Dieselgeneratoren oder kleine Batterien mit gekoppelten Wechselrichtern – erschwinglich, solange sie in großem Maßstab eingesetzt wird und nur für Spitzenleistungen verwendet wird.

Ich behaupte, dass Südafrika einen Großteil seiner Energiekrise durch den Bau neuer Anlagen lösen kann, die aus Batteriespeichern mit Photovoltaikpaneelen bestehen. Allerdings kann die neue Technologie nicht ohne eine Reform des Energiegroßhandelsmarktes genutzt werden.

Ein Großteil der Aufmerksamkeit der Medien im Zusammenhang mit der Energiekrise konzentrierte sich auf die Erzeugungskapazität bzw. deren Fehlen. Aber es gibt noch einen weiteren, ebenso wichtigen Faktor – das Versäumnis der Regierung, Eskom (den staatlichen Stromversorger) zu entbündeln und einen Marktbetreiber und einen Übertragungsnetzbetreiber als unabhängige Einheiten zu schaffen.

Ein Marktbetreiber ist eine Energie-„Börse“. Es erleichtert Verträge zwischen den Energieerzeugern, dem Übertragungsnetz und den Verteilern. Viele Länder der Welt haben ihre Stromversorgungsindustrie bereits umstrukturiert, um einen solchen Markt zu etablieren und für mehr Wettbewerb unter den Stromerzeugern zu sorgen.

Das Vereinigte Königreich, Kanada, die USA und viele Länder der Europäischen Union haben solche Marktreformen mit positiven Ergebnissen durchgeführt.

Südafrika hat 1998 die Absicht bekundet, einen solchen Ansatz zu verfolgen. Es hat diese Politik jedoch nie umgesetzt. Stattdessen hat es ein zunehmend ineffizientes und dysfunktionales staatliches Versorgungsunternehmen am Leben erhalten. Infolgedessen herrscht im Land ein Mangel an Erzeugungskapazitäten, ein Mangel an Verbindungs- und Übertragungskapazitäten und eine zunehmende Umweltkatastrophe.

Die Analyse der Nutzungsdaten des Eskom-Portals legt nahe, dass fortlaufende Stromausfälle zu Veränderungen in der Energielandschaft des Landes geführt haben.

Auf der Angebotsseite nutzen Kunden zunehmend alternative Energiequellen. Verbraucher, die eine stabile Energieversorgung benötigen, haben Alternativpläne entwickelt und sind in den meisten Fällen auf den Einsatz von Dieselgeneratoren umgestiegen. Zahlen zum Dieselverbrauch liegen nicht vor, aber basierend auf dem Stromdefizit schätze ich anhand der Daten für April 2023, dass der zusätzliche Dieselverbrauch, ohne Eskom und die unabhängigen Stromerzeuger, etwa 660 Millionen Liter pro Monat betrug fast genauso viel wie der gesamte Transportsektor verbraucht.

Auf der Nachfrageseite haben die Stromausfälle zu Verschiebungen in der Nutzung von Netzstrom zu einer anderen Zeit des Tag-Nacht-Zyklus geführt. Dies wurde hauptsächlich durch die Verwendung von Lithiumbatterien vorangetrieben. Eskom meldet bereits, dass ein zusätzlicher Bedarf von 1,4 GW zum Aufladen von Batteriespeichern besteht, was einer zusätzlichen Belastung des Netzes von etwa 5 % entspricht.

Die Kosten für ein Batterie-plus-Wechselrichter-System zur Deckung des Bedarfs eines durchschnittlichen Haushalts unter Lastabwurf der Stufe 4 – was etwa 6 Stunden Ausfälle alle 24 Stunden bedeutet – betragen etwa 100.000 bis 150.000 Rand (etwa 5.000 bis 7.600 US-Dollar). . Bei den aktuellen Zinssätzen und unter der Annahme eines durchschnittlichen Energieverbrauchs von 15 kWh pro Tag und eines Eskom-Tarifs von 2,75 R pro kWh betragen die Nettokosten 6,10 R pro kWh. Dadurch ist er teurer als Diesel.

Die Notstromversorgung von einem 8-kVA-Dieselgenerator kostet unter denselben Annahmen etwa 5,20 Rand pro kWh, einschließlich Diesel und Kapitalkosten.

Die landesweite Installation von 1,4 GW Batteriekapazität bestätigt, dass es bereits einen Markt für den Kauf von Energie zu höheren Kosten gibt. Energiesicherheit ist für viele Unternehmen eine Notwendigkeit, insbesondere für diejenigen, die Kühllager oder wichtige Geräte betreiben.

In einem kürzlich veröffentlichten Artikel habe ich dargelegt, wie die Situation aussehen könnte, wenn Südafrika einen Plan zum Ausgleich von Kapazitäten für erneuerbare Energien und nutzungsabhängigen Tarifen umsetzen und das Monopol von Eskom beenden würde.

Kunden könnten je nach Tageszeit, zu der sie Strom verbrauchen, unterschiedliche Tarife zahlen.

Für meinen Artikel habe ich ein einfaches Modell für das südafrikanische Energienetz verwendet und die optimale Konfiguration für eine Photovoltaik-/Batteriespeicheranlage in Betracht gezogen, die eine Spitzenleistung von 6 GW liefern könnte, was etwa 20 % des Gesamtbedarfs entspricht.

Es kam zu dem Schluss, dass das Netz eine installierte Photovoltaikkapazität von 18 GW benötigen würde, gekoppelt mit einem Speichersystem mit einer Nennleistung von 3,7 GW/10,4 GWh. Die Anlage würde sich amortisieren, wenn ein Nutzungszeittarif von R3,50 pro kWh erhoben werden könnte, also fast das Doppelte des aktuellen Tarifs ohne Netzgebühren.

Dies würde jedoch die Beendigung des Vertriebsmonopols von Eskom und die Gründung des Marktbetreibers erfordern. Unterschiedliche Tarife wären das Ergebnis des Wettbewerbs zwischen verschiedenen Akteuren.

Die Analyse legt nahe, dass das Spitzenleistungsproblem in drei Schritten gelöst werden könnte. Erstens, Eskom zu entbündeln und den Marktbetreiber zu etablieren, zweitens die Rettungsgelder für den Aufbau von Anschlusskapazitäten zu nutzen und drittens den Marktbetreiber für den Aufbau großer Photovoltaik-/Batteriekapazitäten zu nutzen. Marktreformen stehen seit fast 25 Jahren auf der politischen Agenda. Es wurden jedoch kaum wirkliche Fortschritte erzielt. Südafrika sollte aufhören, sich im Kreis zu drehen. Es muss auf der Überholspur eine gerade Linie nehmen.