Klimaforum Kiel (de)

Langfristig erhöht sich der Anteil erneuerbarer Energien am deutschen Strommix. Im Jahr 2021 lag er bei ca. 41%. Je größer dieser Anteil wird, desto mehr gewinnen Speichermöglichkeiten an Bedeutung. Diese verschiedenen Speicher erfüllen gleich mehrere Aufgaben. Sie können uns helfen, mehr erneuerbaren Strom zu nutzen, das Stromnetz insgesamt stabiler zu machen und kurz- und langfristige Lücken bei der Stromversorgung abzudecken.

Als Speichermöglichkeiten stehen uns verschiedene Technologien zur Verfügung. Häufig werden sie in Bezug auf ihren Einsatzzweck unterschieden, denn es werden sowohl langfristige als auch kurzfristige Speicher benötigt.
Unter der langfristigen Speicherung versteht man meistens das Ziel, saisonale Schwankungen auszugleichen. Da in Deutschland im Winter mehr Energie benötigt wird, beispielsweise zum Heizen, aber gleichzeitig weniger Solarstrom produziert wird, muss ein Ausgleich zwischen den Jahreszeiten stattfinden. Speicher mit diesem Einsatzzweck sollten daher geeignet sein, große Mengen Energie über mehrere Monate vorhalten zu können.

Der Ausgleich von Schwankungen über den Verlauf eines Tages ist die Aufgabe von kurzfristigen Speichern. Größere Batterien werden im privaten Bereich schon zu diesem Zweck eingesetzt. Das Ziel ist hier oft, die Stromerzeugung der Solaranlage und den Stromverbrauch zuhause auszugleichen. Solche Speicher sollten also in kurzer Zeit kleinere Mengen Energie über einige Stunden bereithalten können.

Batterien

Die für die Energiewende nutzbaren Batteriespeicher stehen in Deutschland in der Garage und im Keller – die Rede ist von Elektrofahrzeugen und Heim-Batteriespeichern. Sie eignen sich insbesondere für die kurzfristige Speicherung von erneuerbarem Strom. Werden sie intelligent vernetzt, können sie zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen und auf diese Weise dafür sorgen, dass insgesamt mehr erneuerbare Energie genutzt wird.

Eine stationäre Batterie zuhause erfüllt diese Funktion bereits im kleinen Maßstab. Sie wird meistens dafür genutzt, den Anteil des mit einer Solaranlage selbst erzeugten Stroms zu erhöhen. Dazu wird der Speicher über die Mittagszeit aufgeladen, wenn die meisten Menschen außer Haus bei der Arbeit oder in der Schule sind. Folglich ist der Stromverbrauch in dieser Zeit niedrig, aber gleichzeitig produziert die Solaranlage besonders viel Strom, weil die Sonne direkt auf sie einstrahlt. Am Abend ist die Situation umgekehrt, denn beim Kochen und Fernsehen wird Strom verbraucht, während die Solaranlage kaum noch Strom liefern kann. In dieser Zeit wird der Bedarf vom Batteriespeicher gedeckt. Auf diese Weise werden Produktion und Verbrauch aufeinander abgestimmt und der Solarstrom kann besser genutzt werden.

Batterien in Elektrofahrzeugen oder in anderen Bereichen können theoretisch auf die gleiche Weise eingesetzt werden. Notwendig ist dazu die Vernetzung möglichst vieler Speicher und die Schaffung von Anreizen, die eigene Batterie für diese gemeinschaftliche Nutzung zur Verfügung zu stellen.

Pumpspeicherkraftwerke

Ein Pumpspeicherkraftwerk besteht aus zwei Becken, einem oberen und einem unteren, die durch ein Rohr verbunden sind. Überschüssiger Strom wird genutzt, um Wasser vom unteren ins obere Becken zu pumpen. Bei Bedarf stürzt das Wasser durch das Rohr wieder nach unten, wo sich eine Turbine befindet, die die Energie des fließenden Wassers zurück in elektrischen Strom wandelt.

Damit diese Speicher optimal funktionieren, muss ein Mindest-Höhenunterschied zwischen den beiden Becken liegen. Geeignete Orte für den Bau neuer Pumpspeicherkraftwerke gibt es in Deutschland kaum, sodass diese Technologie allein unseren Bedarf an Speicherleistung nicht decken kann. Außerdem stellen diese Speicher einen großen Eingriff in die Natur dar, was ein weiterer Nachteil ist.

Vorteilhaft sind dagegen die ausgereifte Technik und der hohe Wirkungsgrad von bis zu 80%. Allerdings überwiegen in Deutschland die Nachteile, sodass Pumpspeicherkraftwerke in Zukunft eine untergeordnete Rolle als Energiespeicher spielen werden.

Power-to-Gas

Bei der Power-to-Gas-Technik wird mit erneuerbarem Strom ein Elektrolyseur betrieben. Darin wird aus flüssigem Wasser gasförmiger Wasserstoff hergestellt. Werden tatsächlich erneuerbare Energien zur Wasserstoffproduktion eingesetzt, spricht man von „Grünem Wasserstoff“.

Grüner Wasserstoff kann auf vielfältige Weise eingesetzt werden, um Bereiche zu transformieren, die auf anderen Wegen nicht klimaneutral werden können, beispielsweise die Stahlproduktion und der Betrieb von Flugzeugtriebwerken. Darüber hinaus kann grüner Wasserstoff auch zur langfristigen Speicherung von erneuerbarem Strom dienen.

Um den Wasserstoff für diese Zwecke zu nutzen, kann er teilweise direkt als Energieträger dienen oder er wird durch weitere Verfahren zu Methan oder Ammoniak verarbeitet. Methan ist dabei nichts anderes als der Hauptbestandteil des Erdgases. Dieses „grüne Methan“ könnte daher ohne Probleme im bestehenden Erdgasnetz gespeichert und transportiert werden.
Wasserstoff kann in einer Brennstoffzelle wieder zurück in elektrischen Strom gewandelt werden. Dabei reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft zu Wasser, wobei ein Ladungsaustausch stattfindet und so eine elektrische Spannung erzeugt wird. Diese Umwandlung geschieht nicht ohne Verluste, der Wirkungsgrad liegt derzeit bei ca. 60%. Wird Wasserstoff als Speicher genutzt, müssen zusätzlich die Verluste bei der Umwandlung im Elektrolyseur von Strom zu Wasserstoff berücksichtigt werden. Der Wirkungsgrad insgesamt beträgt dann ca. 36-48%, das heißt man erhält derzeit weniger als die Hälfte des Stroms zurück, die man anfangs in den Speicher geleitet hat.

Der niedrige Wirkungsgrad dieser Speichertechnik wird durch die Nutzung als saisonaler, also langfristiger Speicher relativiert, da sie nur selten zum Einsatz kommt. Außerdem wird vor allem überschüssiger Strom eingespeichert werden, der anderenfalls nicht vom Netz aufgenommen werden könnte.

Aufgrund der vielfältigen Anwendungsbereiche von grünem Wasserstoff sprechen ihm Politik, Wirtschaft und Wissenschaft eine zentrale Rolle in der Energiewende zu.