Speichertechnologien für Energie

Ein hoher Anteil von Solar- und Windenergie erhöht das Risiko zeitweiliger Ungleichgewichte im Stromsystem. Deshalb braucht das System flexible Erzeugung wie Wasserkraft oder Gas und Lösungen zur Nachfragesteuerung. Außerdem werden verschiedene Arten der Energiespeicherung benötigt.

Batterien sind ideal zur Frequenzregulierung, da sie bei Bedarf blitzschnell vom Aufladen zur Stromeinspeisung in das Netz wechseln können, um das System auszugleichen.

Batterien zu Frequenzregulierung

Batterien sind ideal zur Frequenzregulierung, da sie bei Bedarf blitzschnell vom Aufladen zur Stromeinspeisung in das Netz wechseln können, um das System auszugleichen.

„Viele stehen der Nutzung von Batterien im Stromsystem skeptisch gegenüber, weil es eine teure Art der Energiespeicherung ist. Der wesentliche Aspekt dabei ist aber nicht Energiespeicherung, sondern Leistungsregulierung. Obwohl die Energiekapazität von Batterien in Kilowattsekunden statt Kilowattstunden gemessen wird, liefern sie viel Leistung, und machen damit einen Unterschied. In hoher Anzahl können sie Hunderte Megawatt erzeugen, wie ein großes Wasserkraftwerk“, sagt Mikael Nordlander, Head of Research & Development Portfolio Future of the Energy System bei Vattenfall R&D.

Fernwärme zur Energiespeicherung

Fernwärme kann ein weiteres Schlüsselelement werden, indem einfach Kessel durch Tauchsieder und Speichertanks ergänzt werden. Diese Technologie stößt in Deutschland und Dänemark bereits auf großes Interesse, weil dort bereits viele Stunden im Jahr ein hoher Stromüberschuss herrscht. Das Potenzial ist enorm – eine Analyse zeigt, dass das bestehende Fernwärmesystem bei Bedarf theoretisch die gesamte in Schweden erzeugte Windenergie über viele Stunden ausgleichen könnte.

„Wir untersuchen jetzt auch die Möglichkeit, Strom bei hohen Temperaturen in einem Medium zu speichern, das auf mehrere Hundert Grad erwärmt wird. Dadurch könnte bei einem Engpass Strom in Wärme und wieder in Strom umgewandelt werden“, erläutert Nordlander. 

Weitere Beispiele von Energiespeicherungslösungen:

MegaBatterien
 

Prinzip: Derzeit sind Natrium-Schwefel-Batterien am weitesten verbreitet, aber Lithium-Ionen-Batterien holen auf. Speicherzeit: Bis zu mehreren Stunden. Anmerkungen: Diese Batterien speichern eine kleine Menge Energie, können aber viel Leistung liefern und sind deshalb wertvoll zur Frequenzregulierung. Mitunter werden Megabatterien in unmittelbarer Nähe zu einem einzelnen Windpark eingesetzt, um die Leistung auszugleichen.

Strom-zu-Wärme

Prinzip: Überschüssiger Strom erhitzt Wasser für Fernwärme. Speicherzeit: Von einigen Stunden bis zu einigen Tagen. Anmerkungen: Gut geeignet zur Bewältigung von Spitzen bei der Stromerzeugung. Einfach zu installieren, weil die Fernwärmeinfrastruktur bereits vorhanden ist. Wärme kann in der Regel nicht wieder in Strom umgewandelt werden, reduziert aber den Bedarf an anderen Brennstoffen. Es laufen Studien, um herauszufinden, ob Hochtemperaturspeicherung eine praktikable Möglichkeit zur Umwandlung von Strom zu Wärme und umgekehrt sein könnte, etwa durch Erzeugung von Dampf zum Betrieb einer Turbine.

Druckluft

Prinzip: Luft wird in Felskavernen oder ähnlichen Räumen verdichtet und dann über eine Turbine freigesetzt. Speicherzeit: In der Regel einige Stunden. Anmerkungen: Es gibt zwar Anlagen, sie sind aber nicht weitverbreitet. Da sie weniger effizient sind als ein Pumpspeicherkraftwerk, lassen sie sich nur schwer rentabel betreiben.

Heimbatterien

Prinzip: Batterien, die Solarenergie in Eigenheimen speichern. Speicherzeit: Mehrere Sekunden bis mehrere Stunden. Anmerkungen: Diese Batterien sind im Kommen, vor allem in Deutschland. Sie können sowohl zur Speicherung des eigenen Solarstroms bis zu dessen Verbrauch dienen als auch zur Regulierung der Netzfrequenz beitragen. Ähnlich könnten Batterien in Elektroautos genutzt werden.

Strom-zu-Brennstoff

Prinzip: Strom spaltet Wasser, um Wasserstoffgas zu erzeugen, das anschließend in andere brennbare Gase wie Methan und Ammoniak oder in flüssige Brennstoffe wie Ethanol umgewandelt werden kann. Speicherzeit: Theoretisch unbegrenzt. Anmerkungen: Die Technologie ist bewährt, und es gibt derzeit rund 30 bis 40 Pilotanlagen in Europa. Die Herausforderung besteht gegenwärtig darin, auf diese Weise erzeugten Brennstoff ausreichend vergütet zu bekommen.

Pumpspeicherkraftwerk

Prinzip: Wasser wird bei geringem Bedarf wieder in das Speicherbecken hochgepumpt. Speicherzeit: In der Regel mehrere Stunden. Anmerkungen: Gute Effizienz – bis zu etwa 80 Prozent. Eine ausgereifte und bewährte Technologie. Begrenztes Wachstumspotenzial. Erfordert große Speicherbecken oder eine große Förderhöhe.

Text Lars-Magnus Kihlström
Illustrationen Florian Sänger