Energiespeicher

Umwandlung von Energie

Speicherkapazitäten für Erneuerbare

  • Ein Pumpspeicherkraftwerk erzeugt nicht nur Strom, sondern speichert ihn auch.

Es ist eine der großen Fragen der Energiewende: Wie kann erneuerbare Energie aus Solar- und Windkraftanlagen gespeichert werden für Zeiten, in denen keine Sonne scheint und kein Wind weht? Wir müssen Energie kurz- oder langfristig speichern – im großen Stil wie auch im Hausgebrauch. Wir verschaffen Ihnen einen Überblick über den Stand der Technik und die Perspektiven der Zukunft.  

Unser großes Ziel bis zum Jahr 2050 in Baden-Württemberg: Wir wollen 80 Prozent des Endenergieverbrauchs aus erneuerbaren Energiequellen decken. Erneuerbare Energien wie Strom aus Windkraft und Photovoltaik sind jedoch fluktuierend: Mal weht starker Wind bei geringem Stromverbrauch – zum Beispiel nachts. Mal besteht tagsüber großer Energiebedarf, doch die Sonne scheint nicht. Für die Versorgungssicherheit benötigen wir daher künftig Speicherkapazitäten, um Energie dann zur Verfügung stellen zu können, wenn wir sie brauchen. Auch das Lastmanagement im Stromnetz ist dabei ein großes Thema.

Derzeit investieren Bund und Länder beträchtlich in die Erforschung von Energiespeichern. Die Speichertechnologien unterscheiden sich nach der Energieform (z. B. mechanische, chemische, thermische oder elektrische Energie), den verwendeten Energieträgern und den Prozessen zur Umwandlung und Speicherung von Energie. Die Bandbreite der Ideen ist groß. Hier führen wir die derzeit relevantesten Energiespeicherkonzepte mit ihrem jeweiligen Wirkungsgrad auf.

(Quelle: www.50-80-90.de

Pumpspeicher

  • Pumpspeicherkraftwerke speichern Strom auf indirektem Wege als potenzielle Energie, indem Wasser in ein höher gelegenes Becken hinaufgepumpt wird. Wird Strom benötigt, lässt man Wasser abwärts in das untere Becken fließen und erzeugt mit Turbinen und Generatoren wieder elektrische Energie. Bisher sind Pumpspeicherkraftwerke die einzige großtechnisch erprobte Möglichkeit, größere Energiemengen unter wirtschaftlichen Bedingungen zu speichern. Sie werden weltweit in großem Umfang seit Jahrzehnten eingesetzt und erreichen einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 80 Prozent. Pumpspeicherkraftwerke dienen als Stunden- und Tagesspeicher und können wichtige Systemdienstleistungen erbringen. Sie findet man heute meistens in Süddeutschland, da sich dort die notwendigen Höhenunterschiede zwischen dem oberen und unteren Becken am besten realisieren ließen. Das wohl bekannteste Beispiel ist das Kochelsee/Walchensee Kraftwerk in Bayern. Aus Baden-Württemberg ist als Beispiel das Kavernenkraftwerk Wehr zu nennen, gemessen an der Speicherkapazität das zweitgrößte in Deutschland.

Batterien, Akkumulatoren

  • Spannend ist die Forschung an elektrochemischen Speichersystemen wie Batterien: Elektrische Energie wird dabei in Form von chemischen Verbindungen gespeichert. Die Batterie besteht aus zwei Elektroden, einem Separator sowie einem Elektrolyten. Um einen Lade- oder Entladevorgang zu starten, werden elektrochemische Reaktionen in Gang gesetzt. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften einer Batterie haben einen großen Einfluss auf Lebensdauer, Sicherheit oder Schnellladefähigkeit. Lithium-Ionen-Akkus sind die derzeit effizientesten und leistungsfähigsten Batterien. In der Forschung werden unterdessen neue Speichermaterialien entwickelt und große Batterien getestet. Geprüft werden auch modulare Batteriegroßspeicher mit ganz unterschiedlichen Batterietypen: Bleiakkus, Lithium-Ionen-Batterien und Hochtemperaturbatterien.

Redox-Flow-Batterien

  • Redox-Flow-Batterien sind elektrochemische Speicher, die Strom mittels zweier elektrochemisch aktiver Flüssigkeiten speichern. „Redox“ steht für die elektrochemischen Reaktionen „Reduktion“ und „Oxidation“, die in allen Batterien stattfinden. „Flow“ beschreibt die Flüssigkeiten (Metallsalzlösungen + Elektrolyt), die in Tanks außerhalb gelagert werden. Der Vorteil: Die Leistung der Batterie kann unabhängig von der vorhandenen Energiemenge durch die Flüssigkeiten gesteuert werden. Redox-Flow-Batterien eignen sich besonders gut zur stationären Langzeitspeicherung von Energie, sind aber sehr schwer: Ein kommerzieller Speicher für 100 Kilowattstunden wiegt zehn Tonnen bei einem Volumen von etwa 24 Kubikmetern. Sie befinden sich noch in der Entwicklung, werden aber bereits in Kleinserien produziert.

Power-to-Gas

  • Die Power-to-Gas-Technologie wandelt überschüssigen Strom durch Elektrolyse in Wasserstoff bzw. in einem zweiten Schritt unter Einbeziehung einer Kohlenstoffdioxid-Quelle in synthetisches Methan um. Der erzeugte Wasserstoff kann entweder direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden. Gegenüber einer Methanisierung weist die direkte Einspeisung von Wasserstoff den Vorteil auf, dass höhere Speicherwirkungsgrade erzielt werden können. Nachteil dieses Pfades ist, dass nur bis zu einem gewissen Grad auf die Erdgasinfrastruktur zurückgegriffen werden kann, da nur eine begrenzte Wasserstoffbeimischung zum Erdgas zulässig ist.

    Zur Rückumwandlung in elektrische Energie können grundsätzlich Gasturbinen, Gasmotoren oder beim Brennstoffzellen eingesetzt werden. Der wichtigste Vorteil von „Power-to-Gas“ ist, dass sehr viel Energie über längere Zeiträume gespeichert werden kann, da die Erdgasinfrastruktur als saisonaler Speicher zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil ist, dass „Power-to-Gas“ für mehrere Nutzungspfade (Strom, Wärmeversorgung, Mobilität, Industrieanwendungen) offen steht.

    Allerdings besteht bei Power-to-Gas-Technologie noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf, insbesondere mit Blick auf die großtechnische Anwendbarkeit, die Verfügbarkeit von CO2, den geringen Wirkungsgrad und die hohen Kosten. Eine technische Reife ist bei entsprechendem Engagement in den nächsten 10 Jahren zu erwarten. Eine wirtschaftliche Marktreife ist derzeit noch nicht absehbar.

Druckluftspeicher

  • Druckluftspeicherkraftwerke sind wie Pumpspeicherkraftwerke zum Ausgleich von Tages- und Spitzenlasten im Netz geeignet und ermöglichen Speicherleistungen im Bereich von wenigen Megawatt (MW) bis 1 Gigawatt (GW). Sie komprimieren Umgebungsluft und speichern diese in unterirdische Hohlräume, z. B. in Salzkavernen. Bei der Entladung treibt die unter Druck stehende Luft eine Turbine an, die über einen Generator wieder elektrische Energie erzeugt. Weltweit befinden sich jedoch nur wenige solcher konventionellen Anlagen im Einsatz.. Sogenannte adiabate Druckluftspeicher nutzen die bei der Komprimierung entstehende Abwärme und können so einen Wirkungsgrad von ca. 70% erreichen. Für eine solche Technologie besteht noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf.


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Förderung von Demonstrationsprojekten Smart Grids und Speicher Baden-WürttembergMehr


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Videos

Energie für die Zukunft: Das Pumpspeicherwerk Atdorf

Zur Schluchseewerk AG


Institute in Baden-Württemberg

Im Video zeigt unter anderem das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW), wie das Erdgasnetz zum Stromspeicher werden kann.Zur Mediathek


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