Wie speichert man
erneuerbare Energiequellen?
Im Rahmen der Klima- und Energiepolitik, die eine CO2-Neutralität bis 2050 anstrebt, stellt sich folgende Frage: Wie kann man erneuerbare Energiequellen wirkungsvoll speichern? Es ist bekannt, dass der Ertrag aus Solar- oder Windkraft zeitlich unbeständig ist. Dennoch gibt es bereits traditionelle Lösungen zur Speicherung – und es kommen immer modernere hinzu.
Nach welchem Prinzip gelingt
die Speicherung erneuerbarer Energien?
Eine effiziente Energiespeicherung gelingt nur mit einem geeigneten Speichersystem für eine bestimmte Energieform. Man wählt unterschiedliche Energiespeicher, je nachdem, ob eine Energiequelle chemisch, elektrisch oder thermisch gespeichert werden soll. Meist sind für die Einspeicherung Umwandlungen der ursprünglich verfügbaren Energiequellen notwendig. Damit die eingespeicherte Energie auch für eine spätere Nutzung noch wirtschaftlich sinnvoll ist, wird überprüft, wie viel Energie bei jeder Umwandlung verloren geht.
Im Zuge der Energiewende steigt der Anteil der erneuerbaren Energien – engl. renewable energy – an der Gesamtenergieerzeugung. Ein unerschöpflicher Energieertrag kann aus Wind, Sonne oder Wasser erzeugt werden – dennoch schwankt die Produktion aufgrund von Witterungsverhältnissen. Hier kommen die Energiespeicher zum Einsatz: Mit ihrer Hilfe lassen sich überschüssige Energiemengen in produktionsreichen Zeiten speichern und flexibler in Flautezeiten nutzen.
Die EEG-Vorgabe, den Anteil der regenerativen Energien für die Energieversorgung bis 2035 auf bis zu 60 Prozent anzuheben, treibt die Forschung weltweit weiter an. Mit der steigenden Nachfrage für Speichertechnologien (für Heimbereich und Gewerbe) werden zukünftig auch die Kosten für neue Technologien sinken.
Welches sind die traditionellen Stromspeicher
für erneuerbare Energiequellen?
Die derzeit größte Speicherkapazität für erneuerbare Energiequellen bieten Pumpspeicher. Deutschlandweit unterstützen sie die Elektrizitätsversorgung, indem überschüssiger Strom genutzt wird, um Wasser in ein höher gelegenes Becken bergauf zu pumpen. Bei Bedarf wird das Wasser über Fallrohre zu Turbinen wieder herabgelassen und die potentielle Lageenergie des Wassers in elektrischen Strom umgewandelt. Diese Art Stromspeicher sind seit den 1920er Jahren in Betrieb und haben einen hohen Wirkungsgrad. Der Nachteil: Die Wasserbecken nehmen je nach Größe der Speicherkapazität viel Platz ein und die Standorte sind begrenzt.
Druckluftspeicher nutzen überschüssige Energie zur Kompression von Luft in unterirdische Salzstöcke oder Gaskavernen. Über das Zurückströmen der Druckluft können Turbinen erneut Strom erzeugen. Bei diesem Umwandlungsprozess entsteht allerdings ein hoher thermischer Verlust, sodass der Wirkungsgrad dem der Pumpspeicherkraftwerke nicht nahe kommt.
Damit sauberer Strom aus den nachhaltigen Energiequellen auch in den eigenen vier Wänden rund um die Uhr verfügbar ist, gibt es für den Heimbereich ausgereifte Speichersysteme, die mit PV-Anlagen kombiniert sind. Mit den passenden Software-Lösungen und einer intelligenten Hausautomation lassen sich diese Anlagen in Echtzeit steuern und überwachen.
Welche modernen Speichermöglichkeiten
für erneuerbare Energiequellen gibt es?
Wärmespeicher
Für die Speicherung von Windenergie gibt es Überlegungen, den überschüssig produzierten Strom nicht nur in Druckluftspeichern, sondern auch in unterirdischen Wärmespeichern, sogenannte UTES – underground thermal energy storage, aufzubewahren. Die Umwandlungsprozesse sind energetisch noch nicht wirtschaftlich genug, als dass diese Speichertechnologien großflächig zum Einsatz kommen könnten. Es ist effizienter, den elektrischen Strom der Windenergie direkt ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen.
Die Ankündigung der Bundesregierung, bis spätestens 2045 eine klimaneutrale Wärmeversorgung bereitzustellen, bringt neue Ideen für die Wärmewende auf den Markt. So sind Wärmespeicher aus geschmolzenem Salz oder selbst Steinspeicher weitere, vielversprechende Lösungsansätze für die Einspeicherung der Windenergie in Form von Wärme.
Wie in einer Sauna werden Steine mit der überschüssigen Energie auf bis zu 750 Grad erhitzt und können diese bei Bedarf wieder abgeben: Ein mit der Hitze erzeugter Dampf treibt Turbinen zur Stromerzeugung an. Doch auch hier arbeiten die Dampfturbinen noch nicht effizient genug, sodass ungefähr die Hälfte der Energie verloren geht.
Batteriespeicher
Vor allem im Smart Home Bereich gewinnen chemische Speicher wie Batterien langfristig wohl weiterhin an Bedeutung. In Kombination mit der Photovoltaik werden die bekannten Batteriespeicher auf Blei- oder Lithium-Basis bereits bei intelligenten Energiemanagementsystemen mit Stromspeichern wie flow von Hager eingesetzt. Dabei können Steuerung und Überwachung in Echtzeit digital vorgenommen werden. Was Sie heute schon für eine wirtschaftliche Elektroinstallation beachten müssen, erfahren Sie in unserem Elektrokosten-Guide.
Power-to-Gas Technologie
Die Energieform, die sowohl für die Energie- als auch die Wärmeversorgung vorteilhaft ist, erhält man mit Hilfe von Wasser-Elektrolyse: „Grüner“ Wasserstoff als ein Abspaltungsprodukt könnte in Methan gebunden und im Erdgasnetz gespeichert werden. Wasserstoff selbst könnte man auch in Salzkavernen speichern. Viele der sogenannten Power-to-X-Verfahren sind noch in der Forschung.
Fazit
Die voranschreitende Energie- und Wärmewende bringt immer neue Technologien zur Speicherung von nachhaltigen Energiequellen auf den Markt. Die Verluste bei der Energieumwandlung werden immer mehr reduziert, sodass neben konventionellen Pump- oder Druckluftspeichern zukünftig auch neuartige Speicher wie Stein- oder Gas-Speicher zum Einsatz kommen könnten.
Quellen:
Wie kann Strom aus erneuerbaren Energien gespeichert werden?, Umweltbundesamt
Druckluftspeicher, Bundesverband Geothermie
Tolle Idee! Was wurde daraus? - Druckluftspeicher für Windräder, Deutschlandfunk