Speichertechnologien

Batterie mit erneuerbaren Energiequellen; Quelle: Fotolia.com/frank peters
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Im Rahmen der Energiewende sollen in Deutschland bis 2035 55 bis 60 Prozent und bis 2050 80 Prozent unseres Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. Dabei werden Windenergie und Photovoltaik, die fluktuierend einspeisen, die Hauptanteile stellen.

Angesichts des wachsenden Anteils der fluktuierenden erneuerbaren Energien muss das Stromsystem flexibler werden, damit die System- und Versorgungssicherheit weiterhin gewährleistet bleibt. Energiespeicher stellen eine von mehreren Optionen dar, um die Flexibilität der Energieversorgung zu erhöhen. So können Stromspeicher für einen Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch sorgen. Etwa können sie in Zeiten mit viel Wind Strom aufnehmen, den sie in Zeiten von Flaute und bedecktem Himmel in das Netz einspeisen können. Sie bieten also die Möglichkeit, Erzeugung und Verbrauch zeitlich zu entkoppeln. Darüber hinaus können Stromspeicher auch so genannte Regelleistung erbringen und dadurch helfen, die Netzfrequenz stabil zu halten.

Energiespeicher im Überblick

Grundsätzlich stehen für alle Bedarfe der Zwischenspeicherung von Strom entsprechende Speichertechnologien zur Verfügung.

Kurzzeit- und Langzeitspeicher

Bei Speichertechnologien wird nach ihrer Anwendung zwischen Kurzzeit- und Langzeitspeichern unterschieden, Kurzzeitspeicher können innerhalb eines Tages mehrfach Energie aufnehmen und wieder abgeben. Sie bieten in der Regel nur ein begrenztes Speichervolumen. Langzeitspeicher müssen dagegen in der Lage sein, elektrische Energie über mehrere Tage oder Wochen zu speichern, um z. B. Phasen einer langen Windflaute, in der die Sonne kaum scheint, zu überbrücken.

1. Kurzzeitspeicher

Leistungsspeicher (Sekunden bis Minuten)

  • hohes Verhältnis von Leistung zu Speicherkapazität
  • für kurzfristige Fluktuationen
  • v. a. für Netzdienstleistungen/Regelleistung
  • Einsatz mehrmals pro Tag
  • v. a. Batterien, Kondensatoren, Schwungradspeicher

Verschiebespeicher (Minuten bis Stunden)

  • v. a. für den Ausgleich innerhalb eines Tages (z. B. PV-Eigenverbrauch)
  • ein bis zwei Zyklen pro Tag
  • v. a. Batterien, Druckluftspeicher, Pumpspeicherwerke (PSW)

2. Langzeitspeicher (Tage bis Wochen)

  • für langfristige Flauten/saisonale Speicherung/Back-up
  • wenige Zyklen pro Jahr
  • chemische Speicher (Wasserstoff/Methan) und große Speicherwasserkraftwerke (z. B. in Norwegen)

Speichertypen

Batteriespeicher

Batterien sind elektro-chemische Speicher. Sie sind grundsätzlich eine bewährte Technologie. Bisher wurden v. a. Blei-Säure-Batterien eingesetzt. Mittlerweile kommen vermehrt auch die aus Mobiltelefonen und Laptops bekannten Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz, u.a. da sie einen hohen Gesamtwirkungsgrad von ca. 85 % haben. Batterien sind für einen großtechnischen Einsatz noch relativ teuer, hier werden aber deutliche Kostensenkungen in den nächsten Jahren erwartet.

Pumpspeicher

Bei Pumpspeicherwerken wird die Energie in Form von potentieller Energie von Wasser, das in ein höher gelegenes Becken gepumpt wird, gespeichert und durch das Abfließen über eine Turbine mit angeschlossenem Generator wieder verstromt. Pumpspeicherkraftwerke sind technisch ausgereift und in Deutschland derzeit die einzige in nennenswertem Umfang nutzbare Speichertechnik.

Druckluftspeicher

Hierbei wird überschüssiger Strom dazu genutzt, um Luft in unterirdische Salzstöcke oder ehemalige Gaskavernen zu pressen (Kompression). Bei Strombedarf fließt die Druckluft durch eine Turbine wieder ab und erzeugt dabei wieder Strom. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann die bei der Kompression entstehende Wärme genutzt werden (adiabate Druckluftspeicher).

Power-to-Gas

In Power-to-Gas-Anlagen wird Wasser mit Hilfe von Energie (Strom) in Wasserstoff und ggf. weiter in Methan umgewandelt. Der Vorteil hierbei ist, dass der Wasserstoff (in bestimmten Grenzen) und das Methan (ohne Einschränkung) in das bereits vorhandene Erdgasnetz eingespeist und dort gespeichert werden können. Die eingespeisten Gase können dann rückverstromt oder für andere Anwendungen (z. B. Heizen, Gasfahrzeuge) genutzt werden. Die Technologie ist derzeit noch teuer und die Wirkungsgrade gering.

Energiespeicher sind ein wichtiges Thema für eine überwiegend auf erneuerbaren Energien basierende Energieversorgung. Sie sind perspektivisch notwendig, aber heute noch meist teuer und teilweise im Entwicklungsstadium. Deshalb steht bei Speichern derzeit die Forschung und Entwicklung im Vordergrund, insbesondere um die notwendigen Kostensenkungspotenziale zu erreichen. Hierfür führt die Bundesregierung derzeit die "Forschungsinitiative Energiespeicher" durch.

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