Wie funktionieren Energiespeicher?

Es ist kein Geheimnis: Wind und Sonne liefern nicht immer dann Energie, wenn diese auch gebraucht wird. Energiespeicher sind deshalb eine wichtige Stütze der Energiewende. Das gilt für Strom ebenso wie für Wärme. Doch welche Speicherlösungen gibt es, welche sind am effektivsten und welche Probleme lösen sie? Hier ist ein Überblick. 

Fünf Energiespeicher bei Vattenfall: Pumpspeicherkraftwerk Markersbach; der im Bau befindliche Wasserstoffspeicher in Luleå, Schweden; Power-to-Heat-Anlage und Wärmespeicher am Energiestandort Reuter West, Berlin; Batteriespeicher am Princess Alexia Windpark, Niederlande

Pumpspeicherkraftwerk Markersbach; der im Bau befindliche Wasserstoffspeicher in Luleå, Schweden; Power-to-Heat-Anlage und Wärmespeicher am Energiestandort Reuter West, Berlin; Batteriespeicher am Princess Alexia Windpark, Niederlande

Wasserkraft

Moderne Pumpspeicherkraftwerke wie sie Vattenfall in → Goldisthal und → Markersbach betreibt, speichern überschüssigen Strom, indem sie Wasser in ein höher gelegenes Becken pumpen. Steigt der Strombedarf, wird das Wasser wieder abgelassen und treibt über eine Turbine einen Generator an. Binnen Sekunden wird Strom erzeugt, der dann zur Deckung von Spitzenlast und zum Ausgleich von Schwankungen ins Netz eingespeist wird. Wasserkraft dient so als flexibler Stromspeicher und leistet einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität. 

Batteriespeicher

Große elektrische Batteriespeicher betreibt Vattenfall beispielsweise im  → Hybridpark Haringvliet in den Niederlanden, aber auch im → Windpark Curslack in Hamburg. Sie helfen dabei, erzeugten Wind- und Solarstrom vor Ort zu speichern und effizient ins Stromnetz einzuspeisen. Das ist sinnvoll, weil gerade an Standorten von Wind- und Solarparks die notwendige Infrastruktur – zum Beispiel für die Netzanbindung – bereits vorhanden ist.

Auf diese Weise optimieren Batteriespeicher einerseits die flexible Integration des grünen Stroms aus Wind und Photovoltaik ins Stromnetz. Andererseits können Wind- und Solarparks durch die Einbindung von Batteriespeichern auch wirtschaftlicher betrieben werden, wenn Infrastruktur und Netzanschlüsse gemeinsam genutzt werden. 

Wasserstoff

Als wichtiger Energiespeicher der Zukunft gilt Wasserstoff – sowie aus Wasserstoff gewonnene synthetische Gase und Flüssigkeiten. Wasserstoff kann kostengünstig durch die Elektrolyse von Wasser mit fossilfreiem Strom erzeugt werden – und entweder sofort verwendet, in Pipelines über weite Strecken transportiert oder für die spätere Verwendung gespeichert werden.

Die Wasserstoff-Speicherung bietet den Vorteil, der Nachfrage nach Strom  flexibel entsprechen zu können und das Energiesystem zu stabilisieren, indem Wasserstoff immer dann produziert wird, wenn viel Strom verfügbar ist, zum Beispiel an wind- oder sonnenreichen Tagen. Ist wiederum weniger Strom im Netz, wird der gespeicherte Wasserstoff verbraucht – zum Beispiel in Wärmenetzen oder in der Industrie.

So arbeitet Vattenfall im → HYBRIT Projekt mit Partnern aktuell an einer Technologie zur effizienten → Speicherung von Wasserstoff. Dieser soll fossilfreien Eisenschwamm herstellen, dem Rohstoff für den fossilfreien Stahl der Zukunft. 

Power-to-Heat

Aufgrund volatiler Einspeisungen durch erneuerbare Wind- und Solarenergie treten im Stromnetz immer häufiger Energieüberschüsse auf. Power-to-Heat-Anlagen sind große Elektrokessel, die diesen überschüssigen Strom in heißes Wasser umwandeln. Erneuerbare Energien lassen sich auf diese Weise in Wärmenetze integrieren und vorübergehend dort speichern. → Power-to-Heat in Stadtwärmesystemen entlastet damit die Stromverteilnetze, da Wind- und Solarenergie “über” das Wärmenetz in die Stadtteile und Gebäude transportiert wird – und dabei in den Verteilnetzen mehr “Platz” für andere Sektorenkopplungen bleibt, zum Beispiel die Elektromobilität. 

Wärmespeicher

Wenn etwa Power-to-Heat-Anlagen überschüssigen Grünstrom vor Ort in Wärme umwandeln, diese aber in größeren Mengen nicht sofort benötigt wird, braucht es thermische Wärmespeicher. Auf dem Kraftwerksgelände Reuter West entsteht aktuell → Deutschlands größte Wärmespeicher-Anlage. Vergleichbar mit der Funktionsweise einer Thermoskanne speichert sie heißes Wasser in Tanks. Über Pumpen wird oben sehr heißes Wasser hinzugeführt und unten die gleiche Menge an leicht abgekühltem Wasser entnommen. Auf diese Weise stimmen Wärmespeicher eine volatile Strom- und Wärmeerzeugung auf eine schwankende Nachfrage ab. Dies schafft mehr Flexibilität im Wärmesystem, weil verschiedene Erzeugungsanlagen klug miteinander kombiniert werden können. 

Fazit

Der Überblick zeigt: Ein volatiler Strommarkt und ein träger Wärmemarkt ergänzen sich gut – und sollten im Sinne einer Sektorenkopplung besser als bislang miteinander verknüpft werden. Welche Speicherlösung am Ende den größten Nutzen bringt, hängt davon ab, wann, wie und wofür die gespeicherte Energie letztendlich benötigt wird.

Pumpspeicherkraftwerke und Batteriespeicher sorgen für Flexibilität im Stromnetz. Power-to-Heat-Anlagen und Wärmespeicher erleichtern die Sektorenkopplung von Strom und Wärme. Wasserstoff und andere flüssige, synthetische Brennstoffe eignen sich zudem für den Transport und Industrieanwendungen.

Letztlich bestätigen jedoch alle Speicherlösungen: Die Zukunft der Energieversorgung liegt nicht in autarken Einzellösungen, sondern im Denken von Gesamtsystemen. Am besten funktionieren Energiespeicher deshalb im Zusammenspiel mit intelligenten Netzen und einer Systemsteuerung, die die Volatilitäten des Energiemarkts (Sonne, Wind) erkennen und für Verbraucher:innen und Unternehmen optimal aussteuern. 

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