Wie spei­chert man
erneu­er­bare Ener­gie­quellen?

Solarpanels und Windkraftanlage.

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.

Modernes Einfamilienhaus mit einer Photovoltaikanlage.


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