Energiespeicher

Umwandlung von Energie

Speicherkapazitäten für Erneuerbare

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

Der Ertrag erneuerbarer Energien schwankt: Wie viel Strom Sonne und Wind liefern, hängt vom Wetter ab. Konventionelle Kraftwerke hingegen können rund um die Uhr und ganzjährig Energie erzeugen. Doch die konventionellen Energiequellen haben ihre Nachteile: Sie sind endlich, werden tendenziell immer teurer und sie belasten Umwelt und Klima. Daher soll ihr Anteil am Strommix kontinuierlich sinken. Damit aber müssen Wind und Sonne flexibler genutzt werden können. Hierzu benötigen wir u. a. geeignete Energiespeicher.

Wenn man Waren und Güter nicht direkt nach der Produktion braucht, lagert man sie ein – bis man sie benötigt. Bei Strom ist das komplizierter, er lässt sich nicht einfach lagern und bei Bedarf wieder abrufen. Vor der Energiewende war das kaum ein Problem: für konventionelle Kraftwerke wurden die Energieträger Kohle, Gas oder Öl – im Prinzip natürliche Speicher – vorrätig gehalten und bei Bedarf verstromt. Das funktioniert bei Sonne und Wind nicht. Der Ausbau technischer Speicher gewinnt daher an Bedeutung. Um die Energiewende voranzutreiben, müssen bestehende Speicherkapazitäten erweitert sowie insbesondere neue Technologien erforscht und entwickelt werden.

Zum Grundprinzip der Energieumwandlung

Energiespeicher basieren immer auf dem Prinzip der Energieumwandlung. Die elektrische Energie „entsteht“ dann erst bei Bedarf durch eine chemische, elektrische, thermische oder mechanische Reaktion. Ein Beispiel sind Pumpspeicherkraftwerke: Seit den 1920er Jahren stützen sie die Elektrizitätsversorgung in Deutschland. Bis heute bieten sie die einzige ausgereifte Technologie, mit der sich langfristig, im großen Maßstab und insbesondere wirtschaftlich Energie zur Stromversorgung speichern lässt. Am Grundprinzip dieser mechanischen Speicheranlagen hat sich seither nichts verändert: Dazu gehören ein oder mehrere Ober- und Unterbecken, die mit Pumpen und Turbinen über Rohre miteinander verbunden sind.

Wasserreservoire wie Seen und Flüsse werden sozusagen zur Speicherbatterie: Steht überschüssige Energie zur Verfügung, wird das Wasser damit in ein höherliegendes Becken gepumpt. Wird zu einem späteren Zeitpunkt Strom benötigt, kann das Wasser wieder abgelassen werden, es treibt dann Turbinen an, die wiederum Strom erzeugen. Die Reaktionszeit moderner Pumpspeicherkraftwerke ist dabei extrem kurz: innerhalb von weniger als zwei Minuten sind sie von Stillstand auf Volllast gebracht. Der Wirkungsgrad ist dabei mit 65 bis 85 Prozent vergleichsweise hoch – trotzdem geht Energie verloren, weil das Hochpumpen mehr Strom benötigt, als beim Öffnen der Schleusen des Oberbeckens wiedergewonnen wird.

Die Speicherkapazitäten lassen sich durch moderne und effiziente Pumpen und Turbinen verbessern. Zudem können mehrere Becken zu Kraftwerksanlagen gekoppelt werden: Die Schluchseewerk AG betreibt im Schwarzwald heute schon einen Energiespeicher bestehend aus insgesamt 14 Staubecken und fünf Kraftwerken. Mit den Ausbauplänen zum Pumpspeicherkraftwerk Atdorf könnte hier sogar das größte Pumpspeicherkraftwerk Europas entstehen.

Allerdings treffen bestehende Pumpspeicherkraftwerke wie auch Neubauplanungen im Zuge der Energiewende auf deutlich veränderte Marktbedingungen, weshalb ein wirtschaftlicher Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken zunehmend schwieriger wird.

Aus Strom mach Gas

Das Thema Speicherkapazitäten treibt daher auch die Forschungsinstitute in Baden-Württemberg um. Fast marktreif ist dabei die Power-to-Gas-Technologie, wie sie am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) entwickelt wird. Das Prinzip: Nicht benötigter Strom erzeugt per Elektrolyse Wasserstoff, der dann mit Kohlendioxid zu Methan, sprich synthetischem Erdgas, weiterreagiert. Dafür steht bereits ein Speichersystem zur Verfügung: Im Erdgasnetz kann das Methan über mehrere Monate zwischengelagert und bei niedrigen Erträgen durch Wind und Sonne zum Beispiel in Blockheizkraftwerken problemlos wieder verstromt werden. Das Besondere an der Stuttgarter Power-to-Gas-Forschungsanlage ist dabei die Reinheit des aus dem Wasserstoff gewonnenen Gases. Es besteht zu 99 Prozent aus Methan – „so hochwertig wie russisches Erdgas“, sagt Dr. Michael Specht, Leiter des Fachgebiets Regenerative Energieträger und Verfahren am ZSW.  

Kleine Speicher, großer Effekt

Anders als Pumpspeicherkraftwerke und die Power-to-Gas-Modellanlage, die als große, zentrale Speicheranlagen funktionieren, können Energiespeicher auch mit geringeren Kapazitäten zur Versorgungssicherheit beitragen – wenn sie direkt dort stehen, wo der überschüssige Strom anfällt. Diese Aufgabe erfüllen heute Lithium-Ionen-Batterien, die zu modernen Photovoltaikanlagen gebaut werden können. Die Anschaffung solcher stationärer Batteriesysteme als dezentrale Speicher wird seit Mai 2013 vom Bundesumweltministerium und der KfW-Bank gefördert.

Eine weitere Zukunftsidee zu dezentralen Speichern wird ebenfalls bei uns im Südwesten Deutschlands erforscht: Elektroautos in Privathaushalten könnten durch eine intelligente Aufladesteuerung überschüssige Energie aus dem Netz speichern und so zur Netzstabilität beitragen. Vorangetrieben wird die Idee am Energy Smart Home Lab des Karlsruher Instituts für Technologie. 

(Quelle: www.energiewende.baden-wuerttemberg.de)


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