Energiespeicher der Zukunft: Für eine nachhaltigere Energiegewinnung

Energiespeicher für die Energiewende: Darum ist das Thema so wichtig

2024 lag der Anteil Erneuerbarer Energien an der gesamten Nettostromerzeugung in Deutschland bei rund 60% – Tendenz steigend.

Die Gewinnung von Strom aus Photovoltaik- und Windanlagen ist allerdings nicht immer verlässlich stabil. Um die Stromgewinnung und somit auch -nutzung aus erneuerbaren Energien auch in schlechten Zeiten – Stichwort „Dunkellaute“– sicherstellen zu können, während wir weiterhin auf diese Energiequellen bauen, kommen wir um das Thema Energiespeicherung nicht herum.

Herausforderungen beim Ausbau der Speicherkapazitäten

Die Netzbetreiber berichten aktuell von Anträgen für Großspeicherprojekte mit sage und schreibe über 160 Gigawatt Gesamtleistung. Doch die deutschen Stromnetze sind dafür laut Jan-Oliver Heidrich, EHA-Geschäftsführer und Vorsitzender Energieausschuss beim Handelsverband Deutschland (HDE), gar nicht bereit:

„Der Antrags-Boom für Großspeicher ist durch immer preisgünstigere Batterien und PV-Anlagen begründet. Unsere Stromnetze sind dafür aber gar nicht bereit, denn wir haben in Deutschland regional sehr unterschiedlichen Speicherbedarf, jedoch nur ein Preissystem. Die kommerziellen Interessen der Speicherbetreiber können zudem den Interessen der Netzbetreiber zuwiderlaufen. Großspeicher helfen den Netzen nur, wenn sie volkswirtschaftlich betrieben werden. Eigentlich wären die Netzbetreiber die „natürlichen“ Speicherbetreiber, was jedoch die Entflechtungsregeln der Bundesnetzagentur verhindern.“

Dass Energiespeicher für ein Gelingen der Energiewende gebraucht werden, ist laut Heidrich allerdings klar. „Zuerst muss aber das Ziel einer Speicheroffensive und die Frage ihres Betriebs geklärt werden. Die Speicher lassen sich schließlich netzorientiert, marktorientiert oder eigenbedarfsorientiert betreiben. Da gibt es aktuell noch viele Unsicherheiten“, so Heidrich weiter.

Definition Energiespeicher

Ein Energiespeicher ist eine Anlage, welche Energie aufnimmt und sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgibt – und zwar genau dann, wenn Bedarf besteht. In der Regel wird die Energie so abgegeben, wie sie aufgenommen wird. Lediglich während der Speicherung kann die Energie zum Teil umgewandelt werden. Es gibt unterschiedliche Energieformen, für die ein Energiespeicher benötigt wird.

Bei der elektrischen Energie wird zwischen zwei Speicherungsarten unterschieden:

• Kurzzeitspeicher
• und Langzeitspeicher

Kurzzeitspeicher

Zu den Kurzzeitspeichern zählen vor allem Pumpspeicherkraftwerke und Batteriespeicher. Druckluftspeicher (CAES – Compressed Air Energy Storage) können sowohl als Kurzzeit- als auch als Langzeitspeicher eingesetzt werden, was von der konkreten Technologie und Kapazität abhängt.

Das besondere an Kurzzeitspeichern ist, dass sie mehrmals am Tag Energie aufnehmen und abgeben können. Damit sind Kurzzeitspeicher sowohl für Unternehmen und den Handel als auch für die Netzstabilität, Haushalte und dezentrale Energiesysteme essenziell.

Langzeitspeicher

Wird von einer Langzeitspeicherung gesprochen, betrifft das Wasserstoff bzw. Methan und große Speicherwasserkraftwerke wie Stauseen, die elektrische Energie eben nicht nur für eine kurze Zeit, sondern über Tage und Wochen speichern.

Wie wird aktuell die meiste Energie gespeichert?

Pumpspeicherkraftwerke sind derzeit die am häufigsten genutzte Form der großtechnischen Energiespeicherung in Deutschland. Sie machen über 90 % der installierten Speicherkapazität aus und spielen eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung des Stromnetzes.

Wenn in Zeiten geringer Stromnachfrage überschüssige Energie vorhanden ist, wird diese genutzt, um Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken zu pumpen. Bei steigendem Strombedarf wird das Wasser kontrolliert durch Turbinen abgelassen, wodurch Strom erzeugt und ins Netz eingespeist wird.

Mit einer Gesamtleistung von rund 6,5 GW sind Pumpspeicherkraftwerke weiterhin eine zentrale Speichertechnologie in Deutschland. Allerdings ist der Ausbau neuer Anlagen aufgrund geografischer und ökologischer Einschränkungen begrenzt.

Energiespeicher der Zukunft: Energiespeichersysteme für die Energiewende

Die Nutzung erneuerbarer Energien soll in den kommenden Jahren weiter steigen. Damit dies gelingt, müssen auch die Speicherkapazitäten erweitert werden, da bestehende Technologien nicht in ausreichendem Maß auf Langzeitspeicherung ausgelegt sind. Somit müssen die etablierte Speicherlösungen wie Batteriespeicher und Pumpspeicherwerke skaliert und durch neue Technologien ergänzt werden.

Wasserstoff als vielversprechende Lösung

Viele neue Speichertechnologien befinden sich aktuell noch in der Entwicklungs- oder Planungsphase.

Besonders Wasserstoff gilt als vielversprechende Lösung für die Langzeitspeicherung erneuerbarer Energien, insbesondere für die Industrie und den Verkehrssektor.

Die Bundesregierung hat mit der Nationalen Wasserstoffstrategie (NWS), die zuletzt 2023 aktualisiert wurde, einen Rahmen für die zukünftige Erzeugung, Speicherung, Nutzung und den Transport von Wasserstoff geschaffen. Ziel ist es, bis 2030 eine Elektrolysekapazität von 10 GW aufzubauen und Wasserstoff als zentrale Säule der Energiewende zu etablieren.

Energiespeichersysteme: Power-to-X

Haben Sie schon einmal von Sektorenkopplung gehört? Im Zuge der Energiewende werden dabei auf der Basis von erneuerbaren Energien, Anwendungen aus den Bereichen Strom, Wärme und Mobilität effizienter miteinander verknüpft.

Es gibt verschiedene Lösungsansätze, die unter dem Begriff „Power-to-X“ (PtX) zusammengefasst werden. Unter anderem Stromüberschüsse und verschiedene Energieformen oder Einsatzzwecke werden hier zusammengebracht.

• Power-to-Gas beschreibt die Erzeugung von Gas aus Strom.
• Power-to-Heat beschreibt die Erzeugung von Wärme aus Strom.
• Power-to-Liquid (PtL) beschreibt die Erzeugung synthetischer flüssiger Kraftstoffe (E-Fuels wie z. B. Kerosin, Diesel) aus Strom, Wasser und CO₂.

Diese Technologien sind entscheidend für die Flexibilität und Speicherfähigkeit erneuerbarer Energien und tragen zur Dekarbonisierung verschiedener Sektoren bei.

Batteriespeicher

Batteriespeicher gewinnen immer mehr an Bedeutung, besonders im Blick auf die dezentrale Energiewende durch Photovoltaik-Anlagen auf dem Dach oder beim Thema Mieterstrom. Sie ermöglichen es, überschüssigen Solarstrom vor Ort zu speichern und bei Bedarf zu nutzen.

Die Lithium-Ionen-Batterie ist der gängigste Energiespeicher und derzeit in fast allen Handys und Laptops verbaut. Er wird aber auch für E-Bikes und E-Autos genutzt, sowie als Speicher für Solarstrom .

Dank ihrer Flexibilität bieten (lokale) Batteriespeicher einen entscheidenden Vorteil gegenüber anderen Speicherformen, da sie den Strom direkt vor Ort speichern und nutzen. Dies kann Netzbelastungen reduzieren, ersetzt aber nicht zwingend einen weiteren Netzausbau.

Die Preise für Batteriespeicher sind in den letzten Jahren erheblich gesunken und werden voraussichtlich weiter fallen. Dennoch bleibt die Kapazität pro Speicher begrenzt, und durch häufiges Be- und Entladen kommt es über viele Jahre hinweg zu einer schrittweisen Kapazitätsreduktion. Moderne Speicher haben mittlerweile eine Lebensdauer von etwa 10–15 Jahren.

Energiespeicher in der Praxis am Beispiel der Elektromobilität

Insbesondere für den Bereich der Elektromobilität bieten Energiespeicher neue Chancen. Im Fokus stehen dabei die wachsenden Akkukapazitäten und die Möglichkeit, Elektrofahrzeuge als mobile Stromspeicher zu nutzen.

In den letzten Jahren hat sich die Batterietechnologie stark weiterentwickelt, wodurch die Reichweiten von Elektroautos gestiegen sind und sich ihr Potenzial als Energiespeicher erheblich erweitert hat.

Ein nächster Schritt sollte darin bestehen, diese Batteriekapazitäten nicht nur für den Fahrbetrieb zu nutzen, sondern sie auch in ein intelligentes, bidirektionales Energienetz zu integrieren. Die sogenannte Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologie ermöglicht es, überschüssige Energie aus Fahrzeugbatterien bei Bedarf ins öffentliche Netz einzuspeisen und damit zur Netzstabilität beizutragen.

Laut einer aktuellen Berechnung von E.ON könnten bidirektional ladbare Elektrofahrzeuge in Deutschland innerhalb von zwölf Stunden mehr als 1,7 Millionen Haushalte mit Strom versorgen!

Damit dieses Potenzial ausgeschöpft werden kann, sind jedoch der Ausbau der Ladeinfrastruktur, die Entwicklung intelligenter Netze (Smart Grid) und die Schaffung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen erforderlich. Mit der steigenden Anzahl an Elektrofahrzeugen und der zunehmenden Verbreitung von bidirektionalen Ladetechnologien könnte Elektromobilität künftig nicht nur den Verkehrssektor, sondern auch die Energiewende in Deutschland maßgeblich unterstützen.