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Erneuerbare Energien speichern

Stromspeicher

Mit dem steigenden Anteil an erneuerbaren Energien werden Stromspeicher essentiell für den Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch. Entscheidungsträger müssen die wirtschaftlichen und technischen Vorteile der verschiedenen Speicheroptionen je nach Anwendungsfall analysieren und bewerten.

In der neuen Energiewelt fluktuiert das Stromangebot aus erneuerbarer Erzeugung sehr stark. Eine Balance kann über Energiespeicher erreicht werden, die den Zeitpunkt der Erzeugung vom Verbrauch entkoppeln. Darüber hinaus schaffen sie größere Stabilität in Übertragungs- und Verteilnetzen und mehr Sicherheit für das Energiesystem insgesamt.
Das Speichern von Elektrizität kann in Industrieanlagen, Handwerksfirmen, Privathäusern und Fahrzeugen mit Elektro- oder Wasserstoffantrieb zum Einsatz kommen. Speichersysteme, die heute Verwendung finden, können grob kategorisiert werden als mechanisch, elektrisch, chemisch, elektrochemisch und thermisch. Es gibt geeignete Technologien für großskalige Energiespeicherung und andere, die eher zu kleineren Anwendungen passen. Siemens arbeitet an der Entwicklung von Lösungen für unterschiedliche Speichertechniken und -systeme, die jeweils andere Stärken ausspielen bzw. Schwächen aufweisen. Entscheidungsträger müssen die wirtschaftlichen und technischen Vorteile der verschiedenen Speicheroptionen je nach Anwendungsfall sorgfältig analysieren. Wir haben die Optionen und einige ihrer wesentlichen Charakteristiken zusammengefasst.

Batterien: großartige Perspektiven und sehr flexible Verwendung

Nach Einschätzung von Experten haben Batterien und insbesondere Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) das größte Potenzial unter den Speichertechniken. Sie können binnen Sekunden aktiviert werden und Elektrizität mehrere Stunden lang speichern. Ihre Skalierbarkeit macht sie für Privathaushalte, Industrieanlagen, Handwerk und die Netzstabilisierung geeignet. Sie können auch dabei helfen, eine zusätzliche Absicherung für die Stromversorgung zu gewährleisten. Lithium-Ionen-Batterien kommen in vielen Mobilgeräten und Elektroautos zum Einsatz.

Wasserstoff: Ein gemischtes Bild

Speicherung über den Wasserstoff-Pfad ist die beste Methode, um einen langfristigen Speicherbedarf von mehreren Wochen bis Monaten zu erfüllen. Der elektrische Gesamt-Wirkungsgrad inklusive der Rückverstromung von Wasserstoff ist jedoch ziemlich niedrig wegen der Verluste durch Elektrolyse und Rückverstromung. Eine prinzipiell günstigere Bilanz ergibt sich bei der Verwendung des erzeugten Wasserstoffs z.B. für die Mobilität. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit Brennstoffzellen haben eine größere Reichweite als batteriebetriebene Elektroautos. Sie reduzieren die CO2 -Emissionen, helfen dabei, die Klimaschutzziele zu erreichen und verringern die Kraftstoffkosten pro Kilometer.

Pumpspeicher: Weltweit eine bewährte Technologie

Pumpspeicher sind die Art Netzenergiespeicher mit der weltweit größten installierten Kapazität. Es ist eine etablierte mechanische Speichertechnologie für Großanlagen, die typischerweise Strom für mehrere Stunden vorhält. Zu Zeiten geringer Stromnachfrage und entsprechend niedriger Preise wird überschüssige Stromerzeugung dazu genutzt, Wasser aus einem niedrigen in ein höheres Becken zu pumpen. Wenn die Nachfrage steigt, kann das Wasser durch eine Turbine in das tiefer liegende Becken zurückfließen und erzeugt dabei Elektrizität, die dann zu einem höheren Preis verkauft werden kann.

Druckluftenergie: Wie riesige Luftpumpen

Druckluftenergie-Speicherung funktioniert im Prinzip wie eine riesige Luftpumpe und nutzt einen Verdichter zum Komprimieren der Luft. Bei der Expansion der –Luft produziert eine Turbine oder eine mit einem Generator verbundene Kolbenmaschine Elektrizität und gewinnt so einen Teil der geladenen Energie zurück. Die Nachteile sind relativ hohe Verluste und damit einhergehende niedrige Wirkungsgrade zwischen 50 bis 70 Prozent, was maßgeblich von der Nutzung der Kompressionswärme beeinflusst wird. Diese Speicherart wird vorwiegend an Standorten mit Gas-Kavernen eingesetzt.

Thermische Speicherung: Das günstigste Speichermedium

Thermische Speicherung kann verschiedene Ausprägungen haben. Niedertemperatur-Speicherung in Heißwassertanks ist der etablierte Stand der Technik für Heizzwecke. Bei steigender Volatilität kann heutzutage überschüssige Elektrizität mit einem Heizstab in Wärme für ein Fernwärmesystem umgewandelt werden. Damit erhöht man die Flexibilität von Blockheizkraftwerken.

Superkondensatoren: Leistung für Fahrzeuge

Superkondensatoren stellen einen Leistungsspeicher für sehr kurze Zeitperioden dar. Sie überbrücken dabei die Lücke zwischen konventionellen Kondensatoren und wiederaufladbaren Batterien. Sie werden hauptsächlich in mobilen Anwendungen wie Elektroautos, Bussen und Straßenbahnen genutzt, wo sie Energie beim Bremsen zurückgewinnen und zur Beschleunigung wieder freisetzen.

Schwungräder: Energie durch Rotation

Schwungräder können ähnlich wie Superkondensatoren keine großen Energiemengen speichern. Dabei wird ein Rotor in einem Vakuumgehäuse auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und die Rotationsenergie innerhalb des Systems gehalten. Wenn Energie entnommen wird, verringert sich die Drehgeschwindigkeit des Schwungrads, während das Zuführen von Energie zu einer entsprechend höheren Drehzahl führt. Schwungräder sind eine ziemlich ausgereifte Technik. Die Selbstentladungsraten sind allerdings relativ hoch und die Modularität und Skalierbarkeit sind  begrenzt.

Ulrich Hottelet, Wirtschafts- und Technikjournalist in Berlin.
Picture credits: Jochen Stuhrmann