Erneuerbare Energien effizient nutzen: Die Rolle von Stromspeichern

Bis 2030 sollen nach den Plänen der deutschen Bundesregierung mindestens 80 Prozent des Stromverbrauchs aus erneuerbaren Quellen stammen - und das bei steigendem Verbrauch. Erneuerbare Energien wie Solar- und Windkraft unterliegen aber schwankenden Erzeugungsleistungen. Die potentielle Lücke zwischen Erzeugung und Verbrauch vor allem im Hinblick auf die Grundlast lässt sich ohne große Stromspeicher nicht schließen.

Der Ausbau von erneuerbaren Energien ist nur die eine Seite der Energiewende. Auf der anderen Seite stehen Stromspeicher, welche überschüssige Energie speichern und so die bedarfsgerechte Versorgung von Haushalten oder Industrie gewährleisten können.

Doch wie kann der Ausbau der erneuerbaren Energien gelingen? Und welche Rolle spielen Stromspeicher dabei? Erfahrt mehr darüber in unserem Beitrag.

Was sind erneuerbare Energien?

Erneuerbare Energien umfassen alle Arten der Energiegewinnung, die sich auf natürlichem Weg regenerieren. Deshalb werden sie auch als regenerative Energien bezeichnet. Darunter fallen laut Umweltbundesamt:

• Windenergie
• Photovoltaik
• Biomasse
• Geothermie
• Wasserkraft

Im Gegensatz zu fossilen Energien wie Stein- und Braunkohle, Erdöl, Erdgas und Kernenergie sind erneuerbare Energien (theoretisch) unendlich nutzbar. Denn, wie der Name sagt, erneuern sie sich. Gleichzeitig sind sie von natürlichen Gegebenheiten wie Wind und Sonne abhängig, wodurch sie Schwankungen unterliegen.

Erneuerbare Energien und Stromspeicher: Zwei Seiten der Energiewende

Eine große Unsicherheit bei erneuerbaren Energien ist, dass sie abhängig von ihrer natürlichen Verfügbarkeit sind. Sie können nicht wie fossile Rohstoffe abgebaut und bei Bedarf in Kraftwerken verbrannt werden, um Energie zu erzeugen. In zentraleuropäischen Ländern wie Deutschland sinkt die Leistung von Solarenergie im Winter oder an verregneten Tagen stark ab. Ebenso bieten manche Teile von Deutschland nicht genug Wind, sodass es sich nicht lohnt, dort Windenergie auszubauen.

Bis 2030 sollen 80 Prozent des deutschen Stromverbrauchs über regenerative Energien gesichert werden. Damit die Klimaziele im Energiesektor über die Energiewende erreicht werden können, ist es in Zukunft notwendig, überschüssigen Strom von guten Tagen für schlechte Zeiten zu speichern und so die Versorgung zu garantieren.

Quelle: https://www.bundesregierung.de/breg-de/schwerpunkte/klimaschutz/energiewende-beschleunigen-2040310

Hier kommen Stromspeicher ins Spiel! Stromspeicher sind Systeme für erneuerbare Energien, welche erzeugte Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt - wenn der Bedarf besteht - wieder abgeben. Da sie in Überschussphasen erzeugte Energie für den späteren Verbrauch speichern, sind sie eine der zentralen Schlüsseltechnologien für die Energiewende.

Normalerweise wird die Energie wieder so abgegeben, wie sie aufgenommen wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Energie während der Speicherung umzuwandeln: zum Beispiel von mechanischer in chemische Energie.

Wie kann Strom aus erneuerbaren Energien gespeichert werden?

Aktuell sind Pumpspeicherkraftwerken die dominante Technik, um elektrische Energie aus Photovoltaik oder Windenergie zu speichern. Bei Angebotsspitzen verwendet man den überschüssigen Strom, um damit Wasser in ein Becken bergauf zu pumpen. Wird wieder Strom benötigt, lässt man das Wasser wieder ab, wodurch eine Turbine Strom erzeugt. Pumpspeicherkraftwerke sind sehr effizient, aber die in Frage kommenden Standorte sind begrenzt, da sie nur an Stauseen bzw. Talsperren funktionieren.

Eine weitere stationäre Lösung ist die Speicherung über Batteriespeicher wie Lithium-Ionen-Batterien. Diese funktionieren als Stromspeicher vor allem in kleineren Anlagen und in der privaten Nutzung für z. B. hauseigene Photovoltaikanlagen. Manche Unternehmen arbeiten bei kleinen und mittleren Anlagen mit recycelten E-Auto-Batterien, weil diese, nachdem sie nicht mehr genug Leistung für den Fahrbetrieb haben, noch bis zu 10 Jahre im stationären Betrieb genutzt werden können.

Durch die Weiterverwendung von recycelten E-Auto-Batterien als Stromspeicher entsteht eine Kreislaufwirtschaft und die Verkehrswende geht Hand in Hand mit der Energiewende. Denn mit dem voranschreitenden Umstieg wird eine zentrale Herausforderung der Energiewende, dass trotzdem beständig und flächendeckend Energie vorhanden ist.

Neben stationären Speicherlösungen gibt es auch die Idee, Elektroautos als Speicher zu nutzen, die mit erneuerbaren Energien geladen und an verschiedenen Orten genutzt werden können.

Welche Stromspeicher für erneuerbare Energien gibt es?

Quelle: https://senec.com/de/magazin/energiespeicher-der-zukunft

Im Fall von elektrischer Energie aus regenerativen Quellen, unterscheidet man zwischen zwei Speicherungsarten:

1. Kurzzeitspeicher

Hierzu zählen Pumpkraftwerke, Druckluftspeicher sowie Batteriespeicher. Der Zweck von Kurzzeitspeichern ist, dass sie mehrmals am Tag Energie aufnehmen und auch wieder abgeben. Denn Kurzzeitspeicher dienen zumeist als kurzfristige Unterstützung für das Stromnetz als sogenannte Leistungsspeicher. Zum Beispiel zur Aufrechterhaltung des Netzbetriebes durch den kurzfristigen Ausgleich fehlender Energie oder als Kurzschlussstromquelle. Ebenso können sie zur Weitergabe von Energie verwendet werden, zum Beispiel in der Produktion. In dem Fall wäre es ein sogenannter Verschiebespeicher zum Ausgleich des Tagesgangs. Solaranlagen liefern ihre meiste Leistung mittags, aber am frühen Abend ist eine weitere Nachfragespitze, die abgedeckt werden muss.

2. Langzeitspeicher

Unter Langzeitspeicher fallen Speicherlösungen, die über Wasserstoff bzw. Methan funktionieren und große Speicherkraftwerke. Hier wird Energie langfristig über Tage und Wochen gespeichert. Langzeitspeicher sollen die jahreszeitlichen Schwankungen abfangen und sind deshalb eine Schlüsseltechnologie für erneuerbare Energien und die Energiewende.

Photovoltaikanlagen erzeugen im Januar nur etwa ein Zehntel so viel Energie wie im Juni. Gleichzeitig ist der Stromverbrauch im Winter höher. Dieses Defizit muss über gespeicherten Strom ausgeglichen werden. Außerdem müssen Langzeitspeicher sogenannte Dunkelflauten abdecken. Diese treten, wenn bei einer winterlichen Hochdrucklage kein Wind weht und die Sonne von einer Hochnebelschicht geblockt wird.

Fazit: Riesiges Entwicklungspotenzial für Stromspeicher und erneuerbare Energien

Die Energiewende kann nur erfolgreich sein, wenn die Stromspeicher der Zukunft diesen Anforderungen gerecht werden. Vor allem Wasserstoff gilt als vielversprechende Technologie, weshalb die Bundesregierung mit ihrer nationalen Wasserstoffstrategie verstärkt auf Wasserstoff als Energiespeicher setzt.

Auch die Elektromobilität ist ein Energiespeicher der Zukunft: Es werden mit dem Ausbau der E-Mobilität immer mehr Batteriespeicher auf den Straßen unterwegs sein. Diese können bei Bedarf vom Stromnetz angezapft werden (bidirektionales Laden) sowie später im stationären Betrieb weiterverwendet werden.

Batteriespeicher sind nicht zuletzt, weil sie dezentral mit erneuerbaren Energieanlagen gekoppelt werden können, von großer Wichtigkeit - z. B. für Privathaushalte. Für eine flächendeckende Energiewende mit Deckung der Grundlast hingegeben braucht es technische Innovationen für größere Speicherlösungen.