Warum und wie
speichert man elektrische Energie?
Solar- oder Windkraftanlagen erzeugen elektrische Energie, die wir sofort nutzen können, sobald sie ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Nur selten können wir diese Energieform allerdings direkt speichern, sondern müssen sie zunächst in thermische oder chemische Energie umwandeln. So stehen die Erträge aus erneuerbaren Energien auch für später zur Verfügung.
Wozu eigentlich Energie speichern?
Die Energiespeicherung entkoppelt den Zeitpunkt der Energieerzeugung vom Verbrauch. Mit anderen Worten können Strom oder Wärme unabhängig vom Stromnetz erzeugt und verbraucht werden. Autobatterien, Handyakkus oder Nachtspeicherheizungen sind bekannte Energiespeicher.
Mit dem zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien steigt der Anteil an volatiler Energie im Gesamtstrommix, da der Energieertrag aus Wind und Sonne bekanntlich wetterabhängig ist. Das führt zu Schwankungen zwischen der Energieerzeugung und ihrer Nachfrage: Bei starkem Wind oder bei gutem Wetter in den Mittagsstunden ist die Produktion von Solar- und Windkraftanlagen am höchsten, während sie bei Windstille oder in den Abendstunden wieder nachlässt. Der Stromverbrauch in den Mittagsstunden ist allerdings relativ gering im Vergleich zum Abend.
Auf diese Weise entsteht ein Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage im Stromnetz. Mit Energiespeichern können wir diese Ertragsschwankungen nicht nur abfedern und somit das Stromnetz stabilisieren, es ist außerdem möglich, den hohen Ertrag in leistungsstarken Momenten der Anlagen für später nutzbar zu machen. Setzt man darüber hinaus eine durchdachte Hausautomation ein, muss man weniger Strom aus dem öffentlichen Netz kaufen, was wiederum zu Kosteneinsparungen führt. So wird das Smart Home zu einem effizienten Energienetzwerk, das den Wohnkomfort deutlich erhöht.
Für den Heimbereich sorgt flow mit seiner intelligenten Kombination aus Stromspeicher, Energiemanager und Ladestation für mehr Autarkie. Dank der vorausschauenden Energiespeicherung fließt rund um die Uhr Strom aus nachhaltigen Energiequellen.
Die Speicherung von Energieerträgen aus erneuerbaren Energiequellen sorgt außerdem für eine steigende Verdrängung der fossilen Brennstoffe. Nicht nur politisch, sondern auch ethisch haben sich viele Länder zu einer Klimaneutralität ab 2045 verpflichtet, bei der Treibhausgase oder Atomstrom nicht mehr zum Tragen kommen sollen. Bedenken Sie bereits bei jeder Neuinstallation die Möglichkeiten einer effizienten Energienutzung und konsultieren Sie dazu unseren Elektrokosten-Guide.
Wie speichert man
elektrische Energie?
Je nach Nutzungsdauer und Art der Anwendung kommen verschiedene Speichertechnologien zum Einsatz. Im Folgenden listen wir einige Speicherformen nach ihrer üblichen Nutzungsdauer auf.
Schwungradspeicher
Als Sekundenreserven für eventuelle Schwankungen im Stromnetz werden neben Kondensatoren und magnetischen Spulen auch Schwungradspeicher eingesetzt. Sie speichern die elektrische Energie in Form von kinetischer Energie über eine rotierende Masse und eignen sich bei hohen Leistungsanforderungen.
Druckluftspeicher
Die direkte Einspeicherung elektrischer Energie gelingt über ein Druckluftspeicherkraftwerk. Diese mechanische Speicherform funktioniert mit einem Verdichter, der Luft unter hohem Druck in einen Tank oder einen stoffdichten Hohlraum (oft Salzkavernen) befördert. Bei Strombedarf strömt die eingespeicherte Druckluft über Turbinen ab, wobei wiederum Energie in Form von Elektrizität abgegeben wird. Druckluftspeicher werden für die Energieüberbrückung von mehreren Stunden eingesetzt.
Wie speichert man Energie
über mehrere Tage?
Wärmespeicher
Wärmespeicher speichern die Wärme in Flüssigkeiten oder Feststoffen und eignen sich für die Brauchwassererwärmung oder zur Beheizung. Die Wärme ist für mehrere Stunden bis mehrere Tage verfügbar.
Batteriespeicher
Die bekannten Batteriespeicher auf Blei-, Lithium- oder Natrium-Schwefel-Basis werden ebenfalls zur Überbrückung von mehreren Stunden bis Tagen eingesetzt. Ihre Anwendungsbereiche sind vielfältig, da sie einen hohen Wirkungsgrad, eine schnelle Reaktionszeit sowie eine geringe Selbstentladung aufweisen. Dennoch besteht bei manchen Typen eine erhöhte Brandgefahr (Lithium-Batterien). Die Integration von Heimspeichern erfolgt über eine intelligente Technikzentrale, die die Energieversorgung dezentral steuert.
Wie speichert man Energie
über mehrere Wochen?
Pumpspeicher
Durch Umwandlung in andere Energieformen lässt sich der Strom längerfristig einspeichern. Wasser ist für verschiedene Speicherformen ein geeignetes Medium – so auch für das Pumpspeicherkraftwerk. Hier nutzt man die potentielle Lageenergie des Wassers, in dem es in ein höher gelegenes Becken gepumpt wird. Bei Strombedarf kann es zurück über Turbinen zur Stromerzeugung fließen. Nicht nur die Speicherkapazität, sondern auch der Wirkungsgrad dieser Speicherkraftwerke ist groß: Bis zu 80 Prozent der verbrauchten Energie können wiedergewonnen werden. Sie speichern Vorräte für mehrere Wochen.
Redox flow Batterie
Elektrochemische Speichersysteme können Energie über mehrere Wochen aufbewahren. Wie in einer klassischen Batterie sind auch in einer Redox flow Batterie die negativen und positiven Elektroden über einen leitenden Elektrolyt verbunden. Allerdings nutzen Redox flow Batterien Tanks zur Speicherung und können gespeicherte Energie bis zu mehreren Wochen aufbewahren.
Wie speichert man Energie
über mehrere Monate?
Die Einspeicherung überschüssiger Energie über mehrere Monate erfolgt über die Umwandlung von energiearmen in energiereiche Stoffe. Das sogenannte Power-to-Gas-Verfahren, bei dem Wasser über Elektrolyse in Sauer- und Wasserstoff gespaltet wird, nutzt den gewonnen Wasserstoff zur Energiespeicherung. Die zeitliche Speicherung ist unbegrenzt, da der Wasserstoff in Methan gebunden als Gas, oder in Methanol gebunden als Brennstoff zur Verfügung stehen kann.
Fazit
Erneuerbare Energie zu speichern ermöglicht die Nutzung von sauberer Energie für Strom oder Wärme – ganz unabhängig von Produktionszeitpunkt oder Wettereinflüssen. Verschiedene Speichersystemen für kurze oder lange Überbrückungsphasen leisten einen erheblichen Beitrag zur Energiewende und unterstützen die Stromkosteneinsparungen sowie die Stromnetzstabilisierung.
Quellen:
Speichertechnologien, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Batterien und Schwungradspeicher und deren Verwendung in USV-Anlagen, future thinking