Vielfalt der Energiespeicher

Bei Power-to-Gas-Technologien werden Wasser und Strom mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt. (Bild: Siemens)

Bei Power-to-Gas-Technologien werden Wasser und Strom mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt. (Bild: Siemens)

Speicher­techno­logien sind entscheidend, um die Energiewende und die weltweite Dekarbonisierung zum Erfolg zu machen. Denn je mehr Strom aus fluk­tuierenden erneuer­baren Energien durch die Leitungen fließt, desto flexibler müssen die Stromnetze werden, damit es nicht zu einem Blackout kommt. Ausgeklügelte Speicher­techno­logien sind also das Gebot der Stunde.

Wie viel Speicher­volumen für eine sichere Strom­versorgung unseres Planeten künftig benötigt wird, ist heftig umstritten. Verschiedene Unter­suchungen taxieren den Leistungs­bedarf, den Speicher in Deutsch­land für das Jahr 2020 beziehungs­weise 2022 abgeben müssen, auf drei bis 30 Gigawatt und für 2030 auf 13 bis 50 GW, wie die Studie „Energie­speicher“ der Fraunhofer-Institute UMSICHT und IWES zeigt. Zahlen, die sehr weit auseinander­gehen, was an komplexen und unter­schiedlichen Annahmen der Studien liegt. Eines ist jedoch klar: Speicher werden immer wichtiger. Und das umso mehr, je stärker erneuerbare Energien die Strom­erzeugung prägen.

Wind- und Sonnen­strom entsteht unregel­mäßig, abhängig von Wetter und Tageszeit. Je höher sein Anteil am Strommix ist, desto höher die Anfor­derungen an das Stromnetz. Es muss flexibel auf die schwankende Einspeisung reagieren, denn nur so sind System­stabilität und Versorgungs­sicherheit gewähr­leistet. Energie­speicher sind eine Lösung, um die Flexi­bilität im Stromnetz zu erhöhen. Indem sie Strom in Zeiten mit viel Wind und Sonne aufnehmen und ihn in Flaute­phasen oder bei bedecktem Himmel in das Netz einspeisen, können sie für einen Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch sorgen – und beide zeitlich entkoppeln.

„Speicher sind also eine Schlüssel­technologie, nicht nur für die Energiewende in Deutschland, sondern für die Dekar­bonisierung weltweit“, erklärt Karl-Josef Kuhn, Leiter des Innovations­projekts „Storage Solutions“ bei Siemens Corporate Techno­logy. Um große Strom­mengen zu speichern, sind in Europa heutzutage ins­besondere Pump­speicher­werke in Betrieb. In Deutsch­land sind es neun an der Zahl, die rund sieben Gigawatt Leistung abgeben können. Egal, welche Prognosen man zurate zieht, in Zukunft wird das bei Weitem nicht ausreichen.

„Das Ausbau­potenzial von Pumpspeicher­kraftwerken ist begrenzt, sodass wir alternative Speicher­techno­logien für große Strom­mengen finden müssen“, erklärt Kuhn. Zum Beispiel Batterie­lösungen, die heute bereits weit fortgeschritten sind. Siemens bietet etwa ein modulares System an, das Hoch­leistungs-Lithium-Ionen-Bat­terien mit der Leistungs­elektronik für den Anschluss ans Stromnetz verbindet. Dieser Lithium-Ionen-Speicher kann bis zu 500 Kilowatt­stunden mit einem Megawatt Leistung aufnehmen und wieder abgeben. Weitere klassische Kurzzeit­speicher sind Konden­satoren, Schwungrad­speicher oder auch Druckluft­speicher.

Doch solche Lösungen sind lediglich für das Speichern über kurze Zeiträume wie Minuten oder Stunden geeignet. In einer künftigen Energie­infra­struktur wird es nötig sein, unter­schiedliche Möglich­keiten der Speicherung und Energieformen parallel für längere Phasen zu nutzen. Daher erforscht Karl-Josef Kuhn mit seinem Team verschiedene Speicher­lösungen, um künftig den Überschuss an rege­nerativem Strom möglichst lange zu speichern und so zugleich neue Geschäfts­felder für Siemens zu erschließen. Im Fokus der Forscher stehen dabei Lösungen, die Elektrizität in Energie­formen wandeln, die sich gut speichern lassen. Etwa in Wasserstoff oder Chemikalien, wie Ammoniak oder Methanol.

Bei den Power-to-Gas-Techno­logien werden Wasser und Strom mittels Elektrolyse in Wertstoffe umgewandelt. Derzeit erzeugen die Siemens-Experten ins­besondere Wasserstoff. Ein erstes erfolgreiches Pilot­projekt ist der Energie­park Mainz, mit bis zu sechs Megawatt die weltweit größte Anlage ihrer Art. „Neben der Wasserstoff­elektrolyse haben wir zwei weitere Anwendungs­felder im Visier“, erklärt Kuhn. „Die Speicherung von Kohlen­wasserstoffen und Ammoniak sind die nächsten Stufen.“ Auch die Gesell­schaft für Chemische Technik und Biotech­nologie Dechema prognos­tiziert, dass sich mittel­fristig weitere wertvolle Grundstoffe wie Methan erzeugen lassen. Sowohl Wasser­stoff als auch Methan können dann beispiels­weise im Erdgas­netz gespeichert und für die Wieder­verstromung verwendet werden. Und es geht weiter: Siemens-Experten tüfteln auch an der Wandlung in Form von Kohlen­dioxid-freien Kraft­stoffen wie Methanol.

Daneben arbeiten die Speicher­experten an ther­mischen und mecha­nischen Speichern sowie an Druckluft­systemen, die elek­trische Energie in Form von verdich­teter Luft speichern. „Entscheidend für ein Gelingen der Energiewende ist aber nicht die eine Techno­logie, sondern vielmehr der Verbund ver­schiedener Lösungen, um auch in Zukunft die Stabilität der weltweiten Strom­versorgung zu garan­tieren“, erklärt Kuhn. „Denn nur so haben wir eine Chance, unseren Planeten wirklich Kohlen­dioxid-frei zu machen.“ (Quelle: Siemens)

Link: Energiespeicherlösungen, Siemens, München • Metastudie Energiespeicher, Fraunhofer Umsicht, Oberhausen

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