Was wenn keine Sonne scheint und kein Wind weht? Speichern!

Gegner und Befürworter der Energiewende fragen sich zugleich: was passiert eigentlich, wenn mal wirklich gar kein Wind weht und keine Sonne scheint? Geht dann das Licht aus? Und was können wir dagegen tun?

Strom fließt

Strom wird im Moment der Erzeugung auch schon wieder verbraucht – beziehungsweise im Moment des Verbrauchs gerade erzeugt. Um das über die gesamte Bundesrepublik möglich zu machen, existiert ein umfassendes Stromnetz von über 1,8 Millionen Kilometern. Um das Netz zu entlasten und den womöglichen Schwankungen in der Erzeugung und im Verbrauch entgegen zu wirken, werden seit vielen Jahren vielfältige Formen von Energiespeichern entwickelt und gebaut.

Die Funktionsweise und der Anwendungszweck gehen dabei auch deutlich über den klassischen Lithium-Ionen-Akku hinaus, den jeder aus seinem Smartphone oder Laptop kennt. Nachfolgend widmen wir uns einigen Beispielen wichtiger Speichertechnologien und ihrer jeweiligen Anwendungsform.

Aufgepumpt: der Klassiker

In Überlegungen zwecks Energiespeicher wird der absolute Klassiker gerne vergessen: das Pumpspeicherkraftwerk. An Stauseen wird Wasser in die Höhe gepumpt – in diesem Moment wird natürlich vermehrt Energie verbraucht, sodass einem Überangebot entgegen gewirkt werden kann. Die Speicherung basiert nun auf der potenziellen Lageenergie des Wassers in der Höhe. Im Moment des Energiebedarfs werden die Wasserschleusen wieder geöffnet und die Mengen fließen durch Turbinen zurück in die Tiefe. Die sich drehenden Turbinen treiben nun Generatoren an und erzeugen damit Elektrizität, die den Mehrbedarf stillen kann.

Das selbe Prinzip findet sich übrigens in Druckluftspeichern: bei einem Überangebot wird Luft unter hohem Druck in einer Kaverne gespeichert und im Moment des Bedarfs wieder frei gelassen – dabei treibt die sich wieder entfaltende Luft Turbinen an. Eine weitere Variante des Prinzips findet sich in Unterwasserspeichern, bei denen Wasser aus einem Kugelreservoir ausgepumpt wird und im Moment des Bedarfs wieder einfließen kann und dabei Turbinen antreibt.

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Akkus

Das Prinzip von Akkumulatoren kennt wie eingangs erwähnt jeder aus seinem Alltag mit Handy-Akkus, am Laptop oder im Elektroauto: beim Aufladen wird Elektrizität in chemische Energie umgewandelt. Später beim Verbrauch wird diese wieder zu Strom rückverwandelt. Bei den vorgenannten Beispielen handelt es sich im Regelfall um einen Lithium-Ionen-Akku. Als Alternative zum Lithium bieten sich auch alternative Materialien an, wie Magnesium-, Aluminium- oder Natrium-Ionen-Batterien. Darüber hinaus bieten sich für andere Anwendungen z. B. Vanadium-Redox-Akkus an, die als sogenannter Flussakkumulator bzw. Redox-Flow-Akku, sowohl für stationäre Speicherung in der Nähe von Windkraftanlagen oder als Notstromaggregat angewendet werden können. Hierbei reagieren zwei Flüssigkeiten, die durch eine Membran verbunden sind, miteinander und erzeugen Elektrizität.

Ganz schön warm

Eine weitere Möglichkeit zur Energiespeicherung ist die Umwandlung in Wärme, z. B. über Power-to-Heat-Anlagen. Wärme ist, z. B. auf eine Flüssigkeit übertragen, eher träge und kann bei starker Dämmung über lange Zeit aufrecht erhalten werden. Anwendungsfälle finden sich vom Tank einer Solarthermie-Anlage im Haushalt bis zu industriellen Großspeichern. Die normalerweise trotzdem nach und nach stattfindende Abgabe der Wärme an die Umgebung, kann durch Anwendung thermochemischer Wärmespeicher vermieden werden. Hierbei wird eine chemische Reaktion angewendet, die eine Speicherung und spätere Freisetzung nahezu der gesamten Wärme möglich macht.

Zur Vollständigkeit

In einer weitgehend vollständigen Aufzählung kommerziell angewendeter Energiespeicherformen dürfen ein paar Ergänzungen nicht fehlen: Schwungräder sind genau das, was der Name andeutet. Maschinen mit Schwungmasse, deren Antrieb initial Energie erfordert, deren Schwung allerdings wieder Energie zur Verfügung stellen kann. Durch einen möglichst geringen Reibungsverlust können so über kurze Zeiträume hinweg sehr diffizile Ausgleiche im Stromnetz vorgenommen werden. Anwendungen der Schwungmasse finden sich unter anderem in großen Turbinen, Straßenbahnen und expliziten Schwungradspeichern.

Absolut minimale Mengen Strom lassen sich unmittelbar in Kondensatoren und Spulen speichern. Die Mengen sind aber so minimal, dass eine kommerzielle Anwendung praktisch ausgeschlossen ist.

Das sicherlich größte (Wachstums-)Potenzial findet sich in der kompletten Umwandlung und späteren Rückverstromung in Power-to-X-Prozessen. Hier wird mithilfe von Strom z. B. durch die Wasserelektrolyse Wasserstoff gewonnen, welcher unmittelbar in Brennstoffzellen wieder zu Strom umgewandelt werden kann. Ebenso ist aber eine Weiterverarbeitung zu Kohlenwasserstoffen und damit die Herstellung von künstlichem Methan und Kraftstoffen möglich. Diese lassen sich in der klassischen fossilen Infrastruktur, wie z. B. dem Erdgasnetz speichern und transportieren.

Abschließend lässt sich feststellen, dass eine ganze Menge bereits erprobter und zukunftsfähiger Speichermöglichkeiten zur Verfügung stehen. Diese Technologien sind ein zentraler Bestandteil der fortschreitenden Energiewende, insbesondere in einem Konzept zur hundertprozentigen Versorgung aus Erneuerbaren Energien.

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