Innovative Energiespeicher für eine neue Ära

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Wasserkraft, Windenergie, Solarenergie – es gibt eine Fülle an nachhaltigen Energiequellen auf unserem Planeten. Die Herausforderung besteht darin, diese Energie zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Standort verfügbar zu machen. Energiespeicher sind der Schlüssel zur Energiewende und Unternehmen, Startups und Forschungsinstitute arbeiten mit Hochdruck an neuen Lösungen.

Mit dem stetig wachsenden Anteil erneuerbarer Energien in der Energieversorgung steigt der Bedarf an intelligenten Speichersystemen, um langfristig Netzstabilität und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Das Anwendungsspektrum reicht von kleineren Batteriespeichern bis hin zu Großspeichern zum Ausgleich von witterungs- und saisonabhängigen Netzschwankungen. Im öffentlichen Diskurs wird oft nach der besten Speichertechnologie gefragt, doch je nach Anwendung können unterschiedliche Lösungen gefordert sein. Kriterien wie Reaktionszeit, Speichervolumen, Lebensdauer, Sicherheit, Kosteneffizienz und Wirkungsgrad sind ausschlaggebend. Eine Reihe von Speichertechnologien ist bereits im Einsatz, andere befinden sich noch in der Testphase.

Aktuelle Speichertechnologien

Batteriespeicher erleben durch die Verbreitung von Photovoltaikanlagen in privaten Eigenheimen derzeit einen Boom. Die Entwicklung immer leistungsfähigerer Lithium-Ionen-Akkus ermöglicht zunehmend auch den Einsatz in Unternehmen. Da die Gesamtkosten für diese Batterieart recht hoch und die Speicherkapazität begrenzt ist, ist der kommerzielle Einsatz in größeren Stromsystemen jedoch noch zu teuer. Trotzdem sind bereits erste leistungsstarke Großbatteriespeicher in Betrieb – zum Beispiel im Allgäu zur Netzstabilisierung bei großen Tourismusströmen in der Skisaison.

Die relativ kostengünstigen Pumpspeicherwerke sind technisch bewährt und zählen zu den am meisten eingesetzten Speichertechnologien. Überschüssiger Strom wird genutzt, um Wasser in ein höher gelegenes Becken zu transportieren. Wird zu Spitzenlastzeiten mehr Strom benötigt als das Netz bereitstellt, fließt das Wasser abwärts und erzeugt im Speicherkraftwerk wiederum Strom – das Netz bleibt stabil und gleichzeitig flexibel. Aufgrund der hohen Anforderungen an neue Standorte und den massiven landschaftlichen Eingriffen ist ein Ausbau jedoch nur eingeschränkt möglich.

Energiespeicher der Kategorie Power-to-Gas wandeln Wasser mittels Strom in Wasserstoff und weiter in Methan um. Wasserstoff ist ein attraktives Speichermedium mit zahlreichen Einsatzbereichen wie dem Transportsektor. Das Gas lässt sich in unterirdischen Salzkavernen speichern, in Gasleitungen transportieren und bei Bedarf wieder in Strom umwandeln. Diese Technologie eignet sich für die langfristige Speicherung großer Energiemengen. Trotz des enormen Speicherpotentials ist dieses Verfahren durch hohe Investitionen bei gleichzeitig geringer Auslastung und relativ geringem Wirkungsgrad noch nicht wirtschaftlich.

In Zeiten hoher Einspeisung aus erneuerbarer Energie wird in Power-to-Heat-Anlagen mit Wärmespeichern überschüssiger Strom zur Wärmegewinnung aus elektrischer Energie genutzt. Ein positiver Nebeneffekt ist die Reduktion von CO2-Emissionen, weil bei dieser Art der Energiespeicherung weitgehend auf fossile Brennstoffe verzichtet wird. Gleichzeitig ist diese Technologie kostengünstig und schon heute eine wirtschaftlich attraktive Option.

Bilaterale Pilotprojekte

Mit der Speicheranlage Batwind betreibt Statoil derzeit ein Pilotprojekt, das Offshore-Windstrom auch bei Windstille verfügbar macht und die Branche revolutionieren könnte. Bis zum Jahresende soll an der schottischen Küste ein 1-MW-Batteriesystem installiert und mit dem schwimmenden Hywind-Windpark verbunden werden. „Batwind hat das Potenzial, die Effizienz von Hywind zu steigern, indem es windstille Perioden abschwächt. Die Zuverlässigkeit der Energiequelle Wind wird so deutlich erhöht – über das ganze Jahr hinweg“, meint Sebastian Bringsværd, Head of Hywind Development bei Statoil. Der Batteriespeicher stammt vom Marktführer Younicos aus Deutschland, der eine intelligente Software für die Steuerung von Energiespeichern anbietet, die Wetterdaten und Strompreise berücksichtigt: Die Batterie weiß automatisch, wann Strom gespeichert und wann er ins Netz einspeist werden soll.

Neben der Onshore-Batterielösung soll auch das Potential von Offshore-Batteriespeichern in Turbinentürmen erforscht werden, die bei der Planung zukünftiger Windparks eingesetzt werden. So kann der Windenergiemarkt ausgebaut und die steigende Nachfrage nach erneuerbaren Energien bedient werden.

Ein weiteres Projekt ist der Energiespeicher von EnergyNest. Das norwegische Cleantech-Startup hat ein preisgekröntes System zur kostengünstigen Speicherung von großen Mengen an thermischer Energie entwickelt. „Norwegen ist nicht der Zielmarkt für unsere Technologie: Wir haben zu wenig Sonne und zu viel regulierbare Wasserkraft. Aber wir sehen in anderen Ländern ein großes Potential, zum Beispiel in Deutschland und Dänemark, wo die Energieversorgung zunehmend auf Windenergie basiert“, erklärt Pål G. Bergan, Chief Technology Officer.

Seit 2015 läuft die Testphase für den Speicher TES im Rahmen des klimaneutralen Stadtprojekts Masdar City bei Abu Dhabi. Die Innovationskraft der „Monsterbatterie“ bedingt sich im modularen Aufbau und der Materialwahl. Wie ein Legostein kann der Speicher um eine Kapazität von 2 MW pro Einheit erweitert und auf spezifische Anwendungen oder Energiesysteme angepasst werden. Das betonähnliche Material Heatcrete wurde in Zusammenarbeit mit dem deutschen Unternehmen HeidelbergCement entwickelt und dehnt sich bei Wärme aus. Im Innenbereich fließt durch Solar- oder Windkraft erhitztes Thermoöl durch Karbonstahlröhren. Die gespeicherte Wärme kann als Prozesswärme, zur eigenen Stromerzeugung und zur Stabilisierung von Stromnetzen genutzt werden.

Ausblick

Trotz der Vielzahl an bestehenden Technologien und Pilotprojekten fehlt vielen Energiespeichern die technische Reife und ein profitables Geschäftsmodell. Die deutsche Regierung hat den Entwicklungsbedarf auf dem Gebiet früh erkannt und im April 2011 die Förderinitiative Energiespeicher etabliert, um die Forschung an für die Energiewende notwendigen Speichertechnologien zu intensivieren. Durch die Förderung von 259 Projekten mit insgesamt 184 Millionen Euro wurden Fortschritte bei einer großen Bandbreite an Speicherlösungen erzielt.

Speichertechnologien sind das Bindeglied zwischen einer volatilen Erzeugung aus erneuerbaren Energien und modernen Netzen und ihre Entwicklung steht noch am Anfang: In den nächsten Jahren ist mit einem starken Innovationsschub, deutlich sinkenden Kosten und neuen wettbewerbsfähigen Geschäftsmodellen zu rechnen.

 

Text: Julia Pape