Der Umstieg auf erneuerbare Energien, wie Photovoltaik, Windenergie oder Wasserstoff, ist nur der halbe Weg der Energiewende. Denn erneuerbare Energien sind sehr volatil und bieten keine konstante Stromversorgung. Fossile Kraftwerke hingegen können eine gleichmäßige Energieversorgung gewährleisten. Dennoch bleibt der Ausbau erneuerbarer Energien entscheidend für die Zukunft.
Eine zentrale Lösung für die Versorgung von Haushalten und Industrie zu jeder Zeit ist die Speicherung überschüssiger Energie aus erneuerbaren Quellen in Energiespeichern, beispielsweise in Stromspeichern. Genau hier spielen Energiespeicher für die Energiewende eine entscheidende Rolle.
Warum sind Energiespeicher für die Energiewende so wichtig
Die Stromgewinnung aus Photovoltaik- und Windanlagen ist stark wetterabhängig und daher sehr volatil. Im Jahr 2021 sank der Anteil der erneuerbaren Energien im Strommix sogar unter die 50-Prozent-Marke, da dieses Jahr für Solar- und Windenergie ein unterdurchschnittliches Jahr war.
Deshalb ist es notwendig, das Thema Energiespeicher für die Energiewende stärker in den Fokus zu rücken, um die Stromerzeugung und -nutzung aus erneuerbaren Energien auch in schlechten Zeiten sicherzustellen.
Was ist ein Energiespeicher im Kontext der Energiespeicher für die Energiewende?
Ein Energiespeicher nimmt Energie auf und gibt sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder ab – genau dann, wenn der Bedarf entsteht. In der Regel wird die Energie in der gleichen Form wieder abgegeben, in der sie gespeichert wurde. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, Energie während der Speicherung umzuwandeln.
Für elektrische Energie, die meist in Form von Stromspeichern gespeichert wird, unterscheidet man zwei grundlegende Speicherarten.
Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher im Überblick
Kurzzeitspeicher:
Zu den Kurzzeitspeichern zählen Pumpkraftwerke, Druckluftspeicher sowie Batteriespeicher. Sie können mehrmals täglich Energie aufnehmen und wieder abgeben. Das ist besonders für Unternehmen und den Handel interessant.
Langzeitspeicher:
Langzeitspeicher umfassen Wasserstoff bzw. Methan sowie große Speicherkraftwerke. Hier wird Energie über Tage und Wochen gespeichert.
Diese Kombination ist ein wichtiger Bestandteil von Energiespeicher für die Energiewende.
Wie funktioniert ein Energiespeicher mit Pumpspeicherkraftwerken?
Aktuell sind Pumpspeicherkraftwerke mit über 90 Prozent die am häufigsten genutzte Form der Energiespeicherung.
Überschüssiger Strom wird genutzt, um Wasser in ein höher gelegenes Becken zu pumpen. Wird später wieder Strom benötigt, wird das Wasser abgelassen und durch Turbinen geleitet. Dadurch wird Strom erzeugt und ins Netz eingespeist.
Die Speicherung ist jedoch mit Verlusten verbunden: Rund 20 bis 25 Prozent der Energie gehen verloren. Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 75 bis 80 Prozent. Dennoch können große Mengen Strom über längere Zeit gespeichert werden und die Anlagen sind schnell regelbar.
Damit sind Pumpspeicherkraftwerke ein wichtiger Baustein im System der Energiespeicher für die Energiewende.
Wie funktionieren Wasserstoff und Power-to-X als Energiespeicher?
Die Nutzung erneuerbarer Energien soll weiter stark ausgebaut werden. Daher müssen auch Energiespeicher weiterentwickelt werden. Die internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass bis 2040 mindestens 10 Mio. Megawattstunden (MWh) Speicherkapazität benötigt werden, um globale Klimaziele zu erreichen.
Wasserstoff gilt dabei als einer der wichtigsten Energiespeicher für die Zukunft. Im Rahmen der Power-to-X-Technologie (PtX) wird Strom in Gas umgewandelt, da sich dieses gut speichern und vielseitig nutzen lässt.
Dabei wird Strom aus Photovoltaik- oder Windkraftanlagen genutzt, um Wasser (H2) mittels Elektrolyse in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) umzuwandeln. Die überschüssige Energie wird so sinnvoll gespeichert.
Der Wasserstoff kann anschließend in Tanks gelagert und später vielfältig genutzt werden:
- Power-to-Gas: Erzeugung von Gas aus Strom
- Power-to-Heat: Erzeugung von Wärme aus Strom
- Power-to-Liquid: Erzeugung von flüssigem Kraftstoff aus Strom
Power-to-Gas eignet sich besonders als langfristiger Speicher, da Wasserstoff und Methan wieder in elektrische Energie umgewandelt werden können. Außerdem ist die Speicherkapazität deutlich höher als bei Pumpspeicherkraftwerken:
- Gasspeicher: ca. 230 TWh
- Pumpspeicherwerke in Deutschland: ca. 0,04 TWh
Damit sind Wasserstoffsysteme ein zentraler Bestandteil von Energiespeicher für die Energiewende.
Wie funktionieren Batteriespeicher und Superkondensatoren?
Batteriespeicher gewinnen durch die dezentrale Energiewende mit Photovoltaikanlagen zunehmend an Bedeutung. Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit der gängigste Energiespeicher und werden in Smartphones, Laptops, Autos, E-Bikes sowie als Speicher für Solarstrom genutzt.
Vorteile von Batteriespeichern sind ihre Flexibilität und die direkte Nutzung vor Ort. Nachteile sind die hohen Kosten, die begrenzte Speichermenge sowie der Kapazitätsverlust durch häufiges Laden und Entladen.
Für die Zukunft könnten zudem Superkondensatoren eine wichtige Rolle spielen. Sie können Energie extrem schnell speichern und wieder abgeben und eignen sich daher gut als Ergänzung zu Wind- und Solarenergie.
Superkondensatoren verlieren nur etwa 20 Prozent ihrer Kapazität innerhalb von zehn Jahren und gelten damit als sehr langlebig. Besonders im Bereich der Elektromobilität sind sie interessant.
Michael Albring
Erst durch moderne Speichertechnologien wie Batteriespeicher und Wasserstoffsysteme wird es möglich, schwankende Energie aus Sonne und Wind zuverlässig nutzbar zu machen.
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