GRÜNEN STROM SPEICHERN – EIN PROBLEM FÜR DIE ERNEUERBAREN?

Mit der Energiewende haben sich die Herausforderungen der Stromnetzbetreiber verschärft: Windkraft- und Solarstromanlagen produzieren an manchen Tagen einfach mehr Strom als nachgefragt wird. Solchen grünen Strom zu speichern ist nicht ganz einfach. In dieser Serie stellen wir Ihnen einige der bereits existierenden Modelle nebst ihren Vor- und Nachteilen vor sowie Modelle, die als besonders zukunftsfähig gelten, aber noch in der Entwicklung sind.

Der FVEE (ForschungsVerbund Erneuerbare Energien) weist denn auch dem Thema Energiespeichern aus folgenden Gründen eine Schlüsselrolle zu:

• Die schwankende Verfügbarkeit von Strom aus Photovoltaik und Windkraftanlagen wird ausgeglichen und die Versorgung sichergestellt. Gleichzeitig werden die erneuerbaren Energien besser in das Energiegesamtsystem integriert.
• Aktuell nicht benötigte Energie kann gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden.
• Die bisher ungenutzte Abwärme aus thermischen Speichern kann ebenfalls genutzt werden, was das Gesamtsystem effizienter macht.

Pumpspeicherkraftwerke

Sie funktionieren nach einem vergleichsweise einfachen Prinzip: Ist ausreichend viel günstiger Strom vorhanden wird Wasser in einen Stausee gepumpt. Steigt dann der Strombedarf wieder an, treibt das dann herabstürzende Wasser Turbinen an. Zudem ist der Wirkungsgrad solcher Pumpspeicher mit über 80 Prozent besonders hoch. Diesen offensichtlichen Vorteilen stehen allerdings einige Nachteile gegenüber:

• In Deutschland gibt es nur noch wenige geeignete Orte um solche Pumpspeicher anzulegen.
• Die Planung und Errichtung dauert mehrere Jahre.
• Und nicht zuletzt regt sich deutlicher Widerstand aus der Bevölkerung gegen das Anlegen weiterer Stauseen.

Thermische Speicher

Thermische Speichersysteme sind die Schlüsselkomponenten, um die zeitlich variabel verfügbare Sonnenenergie zu speichern und anschließend wieder flexibel nutzen zu können. Mit solarthermischen Kraftwerken können Verfügbarkeit und Stromgestehungskosten durch Wärmespeicher deutlich verbessert werden.

Chemische Speicher

Eine andere Methode, die als vielversprechend gilt, ist das Umwandeln des erzeugten Stroms in Wasserstoff. Dieser per Elektrolyse erzeugte Wasserstoff kann anschließend in Tanks gespeichert werden und bei wieder ansteigendem Bedarf in Strom zurück verwandelt werden. Diese sogenannten Hybridkraftwerke gibt es seit etwa 2-3 Jahren. Der Wasserstoff lässt sich dann sogar per Methanisierung in synthetisches Erdgas umwandeln und ganz normal ins Gasnetz einspeisen. Leicht ersichtlich: Es sind zahlreiche Schritte notwendig, um den Strom über Wasserstoff in synthetisches Erdgas zu verwandeln. Dabei geht vergleichsweise viel Energie verloren, was ein deutlicher Nachteil dieser Methode ist.

Eine neuartige Methode den aus erneuerbaren Energien gewonnenen Strom zu speichern, sind sogenannte Druckluftspeicherkraftwerke.

Der gewonnene und aktuell nicht benötigte Strom betreibt einen elektrischen Verdichter, welcher Druckluft in eine luftdichte Höhle pumpt. Wird dann wieder Strom nachgefragt, treibt die ausströmende Druckluft eine Turbine an. Die Technologie ist allerdings vergleichsweise teuer und gilt als noch nicht hundertprozentig ausgreift. Zwar können die Anlagen innerhalb von Minuten hoch gefahren werden und somit Strom erzeugen, wenn die Nachfrage wieder ansteigt, aber der Wirkungsgrad liegt mit etwas mehr als 40 Prozent deutlich unter dem Wirkungsgras eines Pumpspeicherkraftwerkes (Wirkungsgrad etwa 80%).

Der Pionier unter den Speichermethoden ist sicherlich das Speichern in Akkus und Batterien (Natrium-Schwefel-Akkus, Lithium-Ionen- und Redox-Flow-Batterien). Der Vorteil dieser Speichermethode liegt eindeutig darin, dass Akkus und Batterien den benötigten Strom bei Bedarf innerhalb von Sekunden bereitstellen. Das macht sie besonders geeignet, um kurzfristig Lastspitzen auszugleichen und das Netz zu stabilisieren. Aber auch hier gibt es einige Nachteile zu bedenken. So entleeren Akkus sich innerhalb weniger Stunden und eignen sich deshalb nicht als langfristige Speichermethode. Lithium-Ionen-Akkus haben zwar im Gegensatz zu Redox-Flow-Batterien eine hohe Energiedichte sind aber verhältnismäßig teuer und somit für Privatanwender kaum geeignet.

Dass Erzeugungsanlagen wegen Überkapazitäten vom Netz genommen werden müssen soll insbesondere ein Problem der Windenergie sein. Das sagt beispielsweise eine Studie der Deutschen Energieagentur aus dem Jahr 2013. Die Netzstudie 2 sieht einen dringenden Bedarf an innovativen Speicher-Technologien – über die bereits bekannten hinaus.

Eine dieser Methoden greift beispielsweise die Pumpspeichertechnik neu auf: Hohlkugeln aus Beton, die auf dem Meeresboden verankert sind, dienen im Projekt „STENSEA“ (Stored Energy in the Sea) als Pumpspeicher. Anders als bei Pumpspeicherkraftwerken an Land, kommen nicht zwei Becken zum Einsatz. Stattdessen wird eine Hohlkugel am Meeresboden als Wasserspeicher benutzt. Die Methode läuft im Prinzip analog zur Pumpspeichertechnologie an Land ab und erreicht einen ähnlich hohen Wirkungsgrad von etwa 80 Prozent. Wird elektrischer Strom benötigt, wird die Kugel geflutet. Das einströmende Wasser treibt eine Turbine an, die Strom erzeugt, und diesen ins Netz speist. Bei einem Überschuss elektrischer Leistung im Stromnetz wird das Wasser aus der Hohlkugel gepumpt und die Energie auf diese Weise gespeichert, bis sie beim nächsten Füllvorgang wieder freigegeben wird.

Noch handelt es sich um ein langfristig angelegtes Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel

gemeinsam mit Hochtief. Die Ergebnisse sind allerdings gerade für die Küstengebiete erfolgversprechend.