Der Umstieg auf erneuerbare Energien, wie Photovoltaik, Windenergie oder Wasserstoff, ist nur der halbe Weg der Energiewende. Erneuerbare Energien sind sehr volatil und und bieten keine konstante Stromversorgung. Kraftwerke hingegen, welche auf fossile Energieträger setzen, können stets eine gleichmäßige Energieversorgung gewährleisten. Dennoch ist die Energiewende und der Ausbau erneuerbarer Energien wichtig.
Die Lösung der Zukunft, um die Versorgung von Haushalten und der Industrie zu jeder Zeit, auch mit erneuerbaren Energien, gewährleisten zu können, ist die Speicherung von überschüssiger Energie aus den regenerativen Energieträgern in Energiespeichern, beispielsweise in Stromspeicher. Doch wie kann dies in der Zukunft gelingen? Erfahren Sie dies und mehr in unserem Beitrag.
Energiespeicher für die Energiewende: Warum ist dies für die Zukunft so wichtig?
Die Stromgewinnung aus Photovoltaik- und Windanlagen ist sehr volatil und hängt stark vom Wetter ab. Im Jahr 2021 sank der Anteil der erneuerbaren Energien im Strommix sogar unter die 50 Prozentmarke, da dieses Jahr für die Solarkraft und die Windenergie eher ein unterdurchschnittliches Jahr gewesen ist.
Es ist also für die Zukunft notwendig, das Thema Energiespeicher in den Fokus zu rücken, um die Stromgewinnung und somit auch -nutzung aus erneuerbaren Energien auch in schlechten Zeiten sicherstellen zu können.
Was ist ein Energiespeicher überhaupt?
Doch da stellt sich doch die Frage, was ein Energiespeicher überhaupt ist. Ein Energiespeicher nimmt Energie auf und gibt diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder ab und zwar dann, wenn der Bedarf entsteht. Normalerweise wird die Energie wieder so abgegeben, wie sie aufgenommen wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit die Energie während der Speicherung umzuwandeln.
Es gibt unterschiedliche Energieformen für die ein Energiespeicher benötigt wird. Bei elektrischer Energie, welche in Form von Stromspeichern gespeichert wird, unterscheidet man zwischen zwei Speicherungsarten:
Kurzzeitspeicher
Hierzu zählen Pumpkraftwerke, Druckluftspeicher sowie Batteriespeicher. Kurzzeitspeicher können mehrmals am Tag Energie aufnehmen und auch wieder abgeben. Dies ist besonders für Unternehmen und den Handel interessant.
Langzeitspeicher
Redet man von Langzeitspeichern, so betrifft das Wasserstoff bzw. Methan und große Speicherkraftwerke. Hier wird Energie langfristig über Tage und Wochen gespeichert.
Wie speichert ein Energiespeicher Energie ein?
Aktuell sind Pumpspeicherkraftwerke mit über 90 Prozent die vorrangig genutzte Form der Energiespeicherung. Übriggebliebener Strom wird dafür verwendet, um in den Pumpspeicherkraftwerken Wasser in ein Becken zu pumpen. Wenn der Strom dann wieder benötigt wird, wird einfach das Becken wieder geleert. Das abfließende Wasser wird in Turbinen geführt, über welche Strom erzeugt wird. Dieser Strom wird dann wieder ins Netz eingespeist.
Die Speicherung von Energie geht aber auch immer mit Verlusten einher. So gehen bei der Speicherung in einem Pumpspeicherkraftwerk rund 20 bis 25 Prozent der gespeicherten Energie verloren. Der Wirkungsgrad von Pumpspeicherkraftwerken liegt bei etwa 75 bis 80 Prozent. Dennoch haben Pumpspeicherkraftwerke den großen Vorteil, dass sie größerem Mengen Strom über einen längeren Zeitpunkt speichern können. Bei Bedarf sind sie sehr schnell hochgefahren und somit recht flexibel einsetzbar.
Energiespeicher der Zukunft: Welche Energiespeichersysteme könnte es in Zukunft geben?
Die Nutzung erneuerbarer Energien soll stetig ausgebaut werden. Daher ist es unabdingbar, dass die aktuellen Techniken zur Energiespeicherung ausgebaut werden müssen. Die internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass bis 2040 mindestens eine Speicherkapazität von 10 Mio. Megawattstunden (MWh) vorhanden sein muss, um die weltweiten Klimaziele zu erreichen.
Wasserstoff: Powe-to-X-Technologie
Wasserstoff schein aktuell hier der attraktivste Energiespeicher für die Zukunft zu sein. Dabei soll auf die Power-to-X-Technologie, kurz PtX, gesetzt werden. Die grundsätzliche Idee ist hier, Strom zu Gas umzuwandeln, weil dies gut zu speichern und vielfach einsetzbar ist.
Grundsätzlich wird der Strom aus Photovoltaik- oder Windkraftanlagen aufgewendet, um Wasser (H2) mittels Elektrolyse in gasförmigen Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) umzuwandeln. Hier soll überschüssige Energie genutzt werden. Den Wasserstoff kann man dann in flüssiger Form anschießend in Tanks speichern. Das Gas kann später zu verschiedenen Einsatzzwecken weitergenutzt 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 ist als langfristiger Stromspeicher geeignet, da sich Wasserstoff und Methan auch wieder in elektrische Energie umwandeln lassen. Zudem ergibt sich hier eine enorm verbesserte Speicherungskapazität gegenüber Pumpspeicherwerken. Bei Gasspeichern liegt diese bei 230 TWh, bei den Pumpspeicherwerken in Deutschland nur bei 0,04 TWh.
Batteriespeicher und Superkondensatoren
Batteriespeicher gewinnen aufgrund der dezentralen Energiewende durch Photovoltaikanlagen immer mehr an Bedeutung. Lithium-Ionen-Batterien sind aktuell der gängigste Energiespeicher und findet Verwendung in Handys, Laptops, Autos, E-Bikes aber auch als Speicher für Solarstrom.
Vorteil von Batteriespeichern ist deren Flexibilität und die direkte Nutzung und Speicherung vor Ort. Allerdings sind Batteriespeicher aktuell noch sehr teuer und speichern überschüssigen Strom nur in kleinen Mengen. Zudem büßt die Batterie durch dauerndes Be- und Entladen ihre Speicherkapazität ein.
Für die Zukunft könnten Kondensatoren eingesetzt werden. Superkondensatoren können große Energiemengen nicht nur blitzschnell speichern, sondern auch ebenso schnell wieder abgeben. Sie sind so eine Ergänzung zur Energieerzeugung aus Wind- und Solarkraft. Superkondensatoren verlieren nur 20 Prozent ihrer vollen Kapazität innerhalb von zehn Jahren und sind somit extrem langlebig. Insbesondere in Elektrofahrzeugen ist der Einsatz ideal.
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