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Themenseite - Energiespeicher

Speichertechnologien

Einleitung

Wärmespeicher: Zwischenspeicher bei industriellen Prozessen; symbolisiert Speichertechnologien; Quelle: DLR (CC-By-3.0)

© DLR (CC-By-3.0)

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.

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 zum Beispiel 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
  • vor allem für Netzdienstleistungen/Regelleistung
  • Einsatz mehrmals pro Tag
  • vor allem Batterien, Kondensatoren, Schwungradspeicher

Verschiebespeicher (Minuten bis Stunden)

  • vor allem für den Ausgleich innerhalb eines Tages (zum Beispiel PV-Eigenverbrauch)
  • ein bis zwei Zyklen pro Tag
  • vor allem 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 (zum Beispiel in Norwegen)

Speichertypen

Batteriespeicher

Batterien sind elektro-chemische Speicher. Sie sind grundsätzlich eine bewährte Technologie. Bisher wurden vor allem Blei-Säure-Batterien eingesetzt. Mittlerweile kommen vermehrt auch die aus Mobiltelefonen und Laptops bekannten Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz, unter anderem da sie einen hohen Gesamtwirkungsgrad von ca. 85 Prozent 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 gegebenenfalls 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 (zum Beispiel Heizen, Gasfahrzeuge) genutzt werden. Die Technologie ist derzeit noch teuer und die Wirkungsgrade sind gering.

Forschung und Entwicklung

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.

Publikation

Der wachsende Anteil der erneuerbaren Energien stellt das Stromsystem vor große Herausforderungen. Das Stromsystem muss sich in zunehmenden Umfang flexibel auf zeitlich veränderliche Energiemengen aus Wind- und Solarenergie einstellen können. Pumpspeicherkraftwerke können hierzu wichtige Beiträge liefern. Im April 2012 wurde ein vertiefter Austausch und eine vertiefte Zusammenarbeit zu Pumpspeicherkraftwerken zwischen Deutschland, Österreich und der Schweiz (sog. D-A-CH-Kooperation) vereinbart. In der Folge wurde die detaillierte Untersuchung der rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen von Pumpspeicherkraftwerken sowie ihrer Beiträge zur Energieversorgung unter besonderer Beachtung der trilateralen Perspektive im Rahmen einer dreiteiligen Studie initiiert. Die Studienergebnisse finden Sie hier.

Die rechtliche Situation für Pumpspeicher in den drei Ländern wurde im Auftrag des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) durch die Görg Partnerschaft von Rechtsanwälten mbB begutachtet. Die wirtschaftliche Perspektive untersuchte ein Gutachten des Fachgebiets Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) der Technischen Universität Berlin im Auftrag des schweizerischen Bundesamts für Energie (BFE) und die Beiträge von Pumpspeicherkraftwerken für die Energieversorgung sind Inhalt einer Studie des Instituts für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW) der RWTH Aachen im Auftrag des österreichischen Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW). Ein Bericht des Energy Science Center der ETH Zürich im Auftrag des BFE gibt einen Überblick über die Teilstudien.

Weiterführende Informationen

Der Staatssekretär im Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Rainer Baake, lud am 8. Oktober 2014 zur Konferenz "Speicher im Kontext der Energiewende" ein. Im Rahmen der Konferenz diskutierten rund 250 Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft, Industrie und Politik aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zum Speicherbedarf sowie zum Einsatz von Speichern in Stromnetzen und im Strommarkt.

Die Konferenz zielte darauf ab, die Frage der Energiespeicher differenziert nach ihrem Einsatzzweck im Stromsystem zu analysieren (Netz, Markt, Langzeitspeicherung) und mögliche Hemmnisse eines sinnvollen Einsatzes zu erkennen. Die Tagung war inhaltlich in vier Themenblöcke gegliedert:

  • Speicher: Bedarf, Potentiale und Technologien
  • Einsatz von Speichern in Stromnetzen
  • Einsatz von Speichern im Strommarkt
  • Langzeitspeicher für das Stromsystem

Die Untersuchungen und Diskussionen haben gezeigt, dass mit dem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien ein insgesamt flexibleres Stromsystem benötigt wird, das sich zeitlich einer schnell verändernden Erzeugung und Nachfrage anpassen kann. Stromspeicher stellen neben dem Netzausbau und der Flexibilisierung der Stromnachfrage eine weitere Option dar, um Stromerzeugung und -verbrauch in Einklang zu bringen. Unterschiedliche Speichertechnologien können hierbei ganz unterschiedliche Funktionen im Energiesystem wahrnehmen, so dass Speicher nach ihrem jeweiligen Einsatzzweck im Stromsystem eingesetzt werden sollten. Das BMWi hat aus der Konferenz Schlussfolgerungen gezogen, die Sie hier (PDF: 197,8 KB) finden.

Einen Überblick zu den Konferenzbeiträgen finden Sie im Programm (PDF: 207 KB) zur Konferenz.

Vorträge zur Speicherkonferenz vom 8.10.2014