Energiespeicher der Zukunft: Für eine nachhaltigere Energiegewinnung

Speicher für die Energiewende: Warum ist das Thema so wichtig?

Witterungsbedingt war 2021 für die Windenergie sowie die Solarkraft ein unterdurchschnittliches Jahr, wodurch der Anteil an erneuerbaren Energien im Strommix wieder unter die 50 Prozentgrenze gefallen ist. Die Gewinnung von Strom aus Photovoltaik- und Windanlagen ist nicht immer verlässlich stabil. Um die Stromgewinnung und somit auch -nutzung aus erneuerbaren Energien auch in schlechten Zeiten sicherstellen zu können, während wir weiterhin auf diese Energiequellen bauen, kommen wir um das Thema Energiespeicherung nicht herum.

Was ist ein 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
• oder Langzeitspeicher

Wie wird Energie gespeichert

Pumpspeicherkraftwerke sind zur Zeit mit über 90 Prozent die vorrangig genutzte Form zur Energiespeicherung. Wenn Strom in nutzungsschwachen Zeiten übrig bleibt, wird dieser dafür verwendet in den Pumpspeicherkraftwerken Wasser in ein Becken zu pumpen.

Und wenn der Strom wieder benötigt wird? Dann wird das Becken geleert, das abfließende Wasser wird in Turbinen geführt, über welche Strom erzeugt und letztlich ins Netz eingespeist.

Schon gewusst? Bei dieser Art der Energiespeicherung gehen etwa 20-25 Prozent der gespeicherten Energie verloren. Damit liegt der Wirkungsgrad von Pumpspeicherkraftwerken bei etwa 75 bis 80 Prozent. Wie viel Energie letztlich gespeichert werden kann, ist abhängig von verschiedenen Faktoren und Umständen.

Energiespeicher der Zukunft: Energiespeichersysteme für die Energiewende

Die Nutzung erneuerbarer Energien soll auch zukünftig steigen. Dafür müssen die aktuellen Techniken zur Energiespeicherung ausgebaut werden, denn die derzeit Verfügbaren können das zukünftig nicht mehr stemmen.

Viele der neuen Lösungsansätze werden zur Zeit noch geplant oder entwickelt. Wasserstoff scheint dabei einer der attraktivsten Energiespeicher der Zukunft zu sein. Denn das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat bereits eine Wasserstoffstrategie entwickelt und damit einen „Handlungsrahmen für die künftige Erzeugung, den Transport, die Nutzung und Weiterverwendung von Wasserstoff und damit für entsprechende Innovationen und Investitionen“ geschaffen.

Energiespeichersysteme: Power-to-X

Schon mal von Sektorenkopplung gehört? Im Zuge der Energiewende werden dabei auf der Basis von erneuerbaren Energien, Anwendungen aus den Bereichen Strom, Wärme und Mobilität neu vernetzt. Es gibt verschiedene Lösungsansätze, die unter dem Begriff „Power-to-X“ zusammengefasst werden. 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 beschreibt die Erzeugung flüssigem Kraftstoff aus Strom.

Power-to-Gas

Power.to-Gas spaltet mit überschüssigem Ökostrom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse auf. Ab diesem Zeitpunkt gibt es zwei Möglichkeiten den regenerativ gewonnen Wasserstoff ins Erdgasnetz einzuspeisen:

• Wenn der Wasserstoff direkt in das Erdgasnetz eingespeist wird, darf die Beimischung aktuell bis zu 10 Prozent betragen.
• Wird der Wasserstoff hingegen zu synthetischem Gas weiterverarbeitet, ist keine Beimischungsgrenze zu beachten.

Der eindeutige Vorteil ist hier die Speicherungskapazität. Über 40 Gasspeicher haben eine Kapazität von 230 TWh, während Pumpspeicherwerke in Deutschland eine Kapazität von 0,04 TWh haben.

Batteriespeicher

Batteriespeicher gewinnen immer mehr an Bedeutung, besonders im Blick auf die dezentrale Energiewende durch Photovoltaik-Anlagen auf dem Dach oder Mieterstrom.

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.

Lokale Batteriespeicher sind flexibel. Das macht auch ihren Vorteil anderen Energiespeichern gegenüber aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Strom direkt vor Ort gespeichert und genutzt werden kann. Somit werden die Netze nicht belastet und weniger Stromleitungen werden gebraucht. Derzeit sind Batteriespeicher jedoch noch sehr teuer und speichern nur kleinere Mengen überschüssigen Strom. Außerdem wird durch das häufige Be- und Entladen stetig Speicherkapazität eingebüßt.

Um die Vorteile der Batteriespeicherung zukünftig zu nutzen und die Nachteile auszugleichen, könnten an ihrer Stelle Kondensatoren eingesetzt werden. Diese sind schon heute vielseitig im Einsatz und zeichnen sich durch eine blitzschnelle Speicherung und Abgabe großer elektrischer Energiemengen aus. Sie sind langlebiger als Batterien und eine Ergänzung zur Stromerzeugung aus Solar- und Windkraft.

Energiespeicher in der Praxis am Beispiel der Elektromobilität

Insbesondere für den Bereich der Elektromobilität bieten Energiespeicher neue Chancen. Im Fokus stehen die Akkukapazitäten und -leistungen. Ein Anstieg der Akkuenergie war bereits in den letzten Jahren deutlich zu verzeichnen. Im nächsten Schritt ist ein Ausbau dieser als öffentlich abrufbares Energienetz denkbar. So könnte die Elektromibilität in Deutschland deutlich ausgebaut werden. Wenn die Zahl der Elektroautos ansteigt und eine entsprechende Infrastruktur geschaffen wird, kann die Energie nach Bedarf, Verfügbarkeit und Möglichkeit in das öffentliche Netz eingespeist werden und steht somit auch zur Nutzung zu einem späteren Zeitpunkt bereit.