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Stromspeicherung

Der steigende Anteil regenerativer Energien am Energiemix ist nicht nur ein Gewinn für den Klimaschutz. Immer mehr Menschen nehmen ihre Energieversorgung in die eigene Hand und fördern dadurch Wertschöpfung, zukunftsfähige Arbeitsplätze und die Unabhängigkeit von Importen fossiler Energieträger. Die überall zur Verfügung stehenden und meistens kostenlosen „Brennstoffe“ wie Sonne und Wind, ermöglichen die Stromerzeugung in immer mehr kleinen und verteilten Anlagen.

Eine Herausforderung regenerativer Energien ist die zeitlich unregelmäßige Verfügbarkeit und dadurch entstehende Differenzen zwischen Strombedarf und –erzeugung. Da eine zuverlässige Energieversorgung unabdingbar ist, müssen zusätzliche Stromerzeugungskapazitäten diese Differenzen ausgleichen. Diese Systemdienstleistungen werden in zunehmendem Maße von Stromspeichern erbracht, die immer mehr zu einem wichtigen Baustein der künftigen Energieversorgungslandschaft werden. Je mehr „Grüner Strom“ zu Überschusszeiten gespeichert wird, umso weniger muss bei Nachfrageüberschuss in konventionellen Kraftwerken und auf Kosten des Klimas produziert werden.

Die heutigen Speichertechnologien unterscheiden sich in Technik und Entwicklungsstand. Zudem müssen verschiedene Maßstäbe berücksichtigt werden. Stellen Speicherformen wie Spulen oder Kondensatoren die Energie nur für einen sehr kurzen Zeitraum zur Verfügung, speichern Akkumulatoren Energie für mehrere Tage. Weitere Informationen zur Speicherforschung liefert die Forschungsinitiative „Energiespeicher“ der Bundesregierung.

 (© Agentur für Erneuerbare Energien)
(© Agentur für Erneuerbare Energien)

Pumpspeicherung - Technisch ausgereift aber mit wenig Wachstumschancen

Pumpspeicherkraftwerk – Speichersee (© hurry / PIXELIO)
Pumpspeicherkraftwerk – Speichersee
(© hurry / PIXELIO)

Die Pumpspeicherung ist eine ausgereifte und in großen Maßstäben einsetzbare Speichertechnologie. Bisher wird ein Großteil der Stromspeicherung in Deutschland von Pumpspeicherkraftwerken (PSW) geleistet und in PSW erzeugter Strom sogar aus dem Ausland (bspw. Österreich) importiert.

Pumpenanlage (© Marco Barnebeck / PIXELIO)
Pumpenanlage
(© Marco Barnebeck / PIXELIO)

Das Prinzip ist einfach: Bei Stromüberschuss wird Wasser mittels Pumpen in ein höher gelegenes Becken gepumpt. Wird zu einer anderen Zeit Energie benötigt, kann dieses Wasser abgelassen und mit dessen Hilfe Turbinen zur Stromproduktion angetrieben werden. Tageslasten und Bedarfsspitzen lassen sich auf diese Weise ausgleichen.

Beim Bau von PSW werden bestimmte Anforderungen an das Gelände (bspw. Höhenunterschiede) gestellt und massive Eingriffen in die natürliche Umwelt vorgenommen. In Deutschland ist das Potenzial für überirdische PSW daher weitestgehend erschöpft, 36 PSW sind im Jahr 2013 installiert.

In der Zukunft könnten daher unterirdische (bspw. in ehemaligen Bergbaugebieten) oder unterseeische PSW (Hohlkugeln am Meeresboden) eine Option sein. Beide Speichertechnologien befinden sich aber gegenwärtig noch in der Entwicklung.

Druckluftspeicher - Mehr als nur dicke Luft

Druckluftspeicherkraftwerke sind im Wirkungsprinzip vergleichbar mit Pumpspeicherkraftwerken. Bei Stromüberschuss wird Luft in einem vorhandenen Raum (bspw. unterirdische Kaverne oder Tank) gestaut. Dieser kann dann abgelassen werden um eine Gasturbine anzutreiben. Auch Druckluftspeicher zeichnen sich wie Pumpspeicherwerke durch relativ große Speicherleistungen aus. Druckluftspeicher befinden sich gegenwärtig in der Erforschung.

"Power-to-Gas" - Wasserstoffbasierende Energiespeicherung

Grundlage der „Power-to-Gas“ – Technologie ist die Elektrolyse, in der durch Stromzugabe Wasserstoff von Wasser abgespalten, gespeichert und in Brennstoffzellen zum Antrieb von Fahrzeugen genutzt werden kann. Unter Mitwirkung von CO2 kann aus Wasserstoff auch Methan erzeugt und anstelle fossilen Erdgases als Energieträger eingesetzt werden. In dem bestehenden Erdgasnetz steht dafür ein riesiger und langfristiger Speicher zur Verfügung. Sofern diese Prozesse mit Strom aus regenerativen Energien durchgeführt werden, entstehen nicht nur keine klimaschädlichen Treibhausgase, vielmehr wird CO2 für die Methanisierung als Rohstoff benötigt und somit der Atmosphäre entzogen. Das hauptsächliche „Abfallprodukt“ ist einfaches Wasser.
Auch bei den „Power-to-Gas“-Technologien besteht noch Forschungsbedarf, da zurzeit ein geringer Wirkungsgrad sehr hohen Kosten für die Anlagentechniken gegenübersteht. Aufgrund des riesigen Speicherpotenzials und der steigenden Mengen regenerativ erzeugter Energie, ist diese Technologie aber eine große Chance für die Zukunft.

Weitere Informationen liefert die Strategieplattform „Power-to-Gas“ der Deutschen Energie-Agentur GmbH (dena).

„Power-to-Gas“-Anwendungsfelder (© Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) / www.powertogas.info )
„Power-to-Gas“-Anwendungsfelder
(© Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) / www.powertogas.info )

Akkus - Stromspeicherung für den Privathaushalt

Die eigene Photovoltaikanlage erzeugt Strom unabhängig davon, ob er im Haus genutzt werden kann oder nicht. Überschüssige Strommengen werden in das Stromnetz eingespeist und entsprechend des EEG vergütet. Da die Preise für den Netzstrom steigen und die Einspeiservergütungen für den eigenen Solarstrom immer weiter sinken, lohnt es sich, den Solarstrom möglichst selber zu verbrauchen und sich dadurch den Bezug des teureren Netzstromes zu sparen. Gegenwärtig entscheidet daher oft die Höhe der Eigenverbrauchsquote über die Rentabilität von heimischen Photovoltaikanlagen. Diese lässt sich mit Hilfe eines Stromspeichers deutlich erhöhen!

Zur Speicherung des selbst erzeugten Stromes stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Die drei am häufigsten verbreiteten Technologien sind Lithium-Ionen-, Bleiakkus und Redox-Flow-Batterien.

Blei-Akkus

Zu den bekanntesten Speichersystemen gehört der Blei-Akku, der vor allem als Starterbatterie in Fahrzeugen verwendet wird. Diese Speicherart ist gegenwärtig die günstigste Technik in der Anschaffung, wobei die Lebensdauer mit etwa zehn Jahren vergleichsweise kürzer ist. Einschränkungen in seinen Einsatzmöglichkeiten hat das System durch sein erhöhtes Gewicht und durch die Verwendung des Schwermetalls Blei.

Lithium-Ionen-Akkus

Die Lithium-Ionen-Technik zeichnet sich gegenüber anderen Technologien durch geringe Wirkungsgradeinbußen bei der Energieumwandlung, eine hohe Leistungs- und Energiedichte, der hohen Zyklenfestigkeit und die minimale Selbstentladung aus. Verglichen mit anderen Speichertechnologien benötigen Lithium-Ionen-Akkus zudem eine relativ kleine Fläche, wodurch sie die derzeit effektivsten und am häufigsten verwendeten Speicher sind.

Redox-Flow-Batterien

Die REDOX-Flow-Speicher zeichnen sich ebenfalls durch eine hohe Zyklenanzahl aus. Da die Technik auf zwei Flüssigkeiten (Elektrolyten) basiert, müssen nach Ablauf der Lebensdauer nicht die ganze Batterie, sondern lediglich die Flüssigkeiten ausgetauscht werden. Dadurch besteht ein großes Kostenreduktionspotenzial. Auch die Redox-Flow-Technik befindet sich in der Entwicklungsphase.

Welche Technik ist zu empfehlen?

Welche Speichertechnik eingesetzt wird, hängt von der Art der Anwendung ab. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) vergibt günstige Kredite und Tilgungszuschüsse für Speichertechnologien. Eine umfassende Information über Speichertechnologien liefert die Agentur für Erneuerbare Energien.

Auf die richtige Dimensionierung der Anlage kommt es an

Neben der Eigenverbrauchsquote (Anteil der vor-Ort verbrauchten Solarenergie) ist bei der Dimensionierung des Stromspeichers der Autarkiegrad entscheidend (Anteil des Strombedarfs im Haushalt, der durch den Speicher gedeckt wird). Ist der Speicher zu groß ausgelegt, wird dadurch auch die Wirtschaftlichkeit reduziert. Als grobe Richtlinie bietet sich eine installierte Kilowattstunde Speicherleistung je Kilowattpeak installierter PV-Leistung an. Eine kostenoptimierte Systemauslegung ist stark von der jeweiligen Kostensituation abhängig und sollte individuell untersucht werden.