Bis 2030 sollen 65 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen stammen. Soweit die Zielvorgabe der Republik Deutschland für die Energiewende. Einige meinen, dies sei zu ehrgeizig angesetzt und kaum zu erreichen. Als eines der Hauptargumente wird die schwankende Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energiequellen angeführt. Sie halten die vorschnelle Abkehr von fossilen Brennstoffen für riskant.

Wir wissen heute, dass der Ausbau erneuerbarer Energien mit effizienten Energiespeichersystemen einhergehen muss.

Es liegt in der Natur der Sache, dass erneuerbare Energiequellen in ihrer Verfügbarkeit Schwankungen unterliegen. Ein besonders markantes Beispiel ist die Sonnenenergie. Die Produktion von Solarstrom ist am helllichten Tag und im Sommer im Optimum, während sie in der Dämmerung und im Winter niedrig ist. Also gerade dann, wenn der Energieverbrauch vergleichsweise hoch ist. Starke Schwankungen treten auch bei der Erzeugung von Windenergie auf. Biomasse, Geothermie und Wasserkraft dagegen schneiden unter den erneuerbaren Energieträgern weitaus besser ab, was ihre durchgehende Verfügbarkeit betrifft.

Arten von Energiespeichersystemen

Es gibt bereits eine Reihe von technischen Lösungen für eine effiziente Energiespeicherung.

Eine grundlegende Unterscheidung gibt es bei der Speicherdauer. Energie kann sowohl kurzfristig als auch langfristig akkumuliert werden. Die Intervalle reichen von Sekundenbruchteilen bis hin zu Jahren.

Eine weitere Untergliederung von Energiespeichersystemen wird nach ihrer Speicherkapazität in kWh und ihrem Wirkungsgrad vorgenommen. Letzteres betrifft die Angabe, welcher Anteil der gespeicherten Energie dem Verbraucher am Ende als Strom zur Verfügung steht.

Diese drei Faktoren Speicherdauer, Speicherkapazität und Effizienz hängen von der Art des Speichersystems ab. Gegenwärtig sind elektrische, chemische, elektrochemische, mechanische und thermische Systeme im Einsatz.

Wie kann man Energie am besten speichern?

Die ultimative ideale Lösung konnte noch nicht gefunden werden, aber die Arbeit an zahlreichen Energiespeichersystemen ist voll im Gange.

Eine Form von Stromspeicher sind beispielsweise Kondensatoren. Ihr Nachteil ist, dass sie Energie nur für sehr kurze Zeit speichern, doch der Vorteil ist, dass sie extrem effizient sind. Dem gegenüber sind elektrochemische Speicher wie Batterien (z. B. Lithium-Ionen-Akkus) für die Speicherung von Strom aus erneuerbaren Quellen besser geeignet. Sie ermöglichen es, tägliche Leistungsschwankungen instabiler erneuerbarer Energiequellen zu kompensieren.

Trotz mancher Unbequemlichkeiten, die mit der Speicherung von Energie aus erneuerbaren Energiequellen verbunden sind, kann grundsätzlich eine zuverlässige Stromversorgung und Unabhängigkeit von Schwankungen sichergestellt werden.

Eine wesentliche Voraussetzungen dafür ist der Einsatz eines Energiespeichersystems, um überschüssige, gespeicherte Energie dann nutzen zu können, wenn der Strombedarf größer als die Produktion zum gegebenen Zeitpunkt ist.

Ein weiterer Schritt ist der Ausbau flexibler Energieversorgungssysteme. Wenn Sonne und Wind für die Stromerzeugung nicht ausreichen, können sie durch erneuerbare Energiequellen mit höherer Verfügbarkeit und Flexibilität ergänzt werden. Dafür eigenen sich zum Beispiel Biogasanlagen.

Auch die Digitalisierung dient der Flexibilisierung der Stromnetze. Die so genannten intelligenten Netze erleichtern die Zusammenarbeit zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Stromspeichern auf dem nach der Dezentralisierung zunehmend komplexen Strommarkt.

Welche Energiespeichersysteme gibt es?

Das am weitesten verbreitete, und entsprechend bewährte Energiespeichersystem sowohl in Deutschland als auch weltweit, bilden die Pumpspeicherkraftwerke. Sie sind relativ kostengünstig und bilden leistungsstarke Energiespeicher mit enormer Kapazität und Energieeffizienz.

Wenn die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen höher ist als der Bedarf, wird Wasser aus einem tiefer gelegenen in ein höheres Reservoir gepumpt. Dadurch wird elektrische Energie in potenzielle Gravitationsenergie des Wassers umgewandelt. Zu Spitzenzeiten, wenn der Stromverbrauch hoch ist, kann durch die Umkehr dieses Prozesses wiederum Strom erzeugt werden.

Es existieren mittlerweile ganz neueartige Energiespeichersysteme.

Vor einigen Jahren entwickelte das Fraunhofer Institut eine Betonkugel, in welche Wasser gepumpt wird. Kugeln dieser Art sind in der Lage, eine große Menge an elektrischer Energie zu speichern. Die Erprobung des Projekts läuft bereits seit einigen Jahren am Bodensee. Es zeigte sich, dass dieses Patent perfekt zu großen Solar- und Windparks passt. Jetzt ist es an der Zeit, an der Meeresküste unter realen Bedingungen dessen Tauglichkeit festzustellen.

Das italienische Startup Energy Dome hat vor kurzem die Einführung der weltweit ersten CO₂-Batterie in Sardinien (Italien) angekündigt. Sie verwendet Kohlendioxid zur Speicherung erneuerbarer Energie und verfügt über den hohen Wirkungsgrad von 75%.

Eine weitere Möglichkeit, Energie zu speichern, sind elektrochemische Geräte. Dazu gehören die heute am gebräuchlichsten Lithium–Ionen–Batterien. Daneben werden auch Blei-Säure-Batterien oder Redox-Durchlaufbatterien eingesetzt. Geräte mit diesen Ausstattungen sind noch relativ teuer. Sie halten für eine bestimmte Anzahl von Ladezyklen und ihre Kapazität nimmt im Lauf der Zeit aufgrund der häufigen Lade- und Entladevorgänge ab. Trotzdem sind batteriegestützte Energiespeichersysteme heute auch in größerem Maßstab rentabel, z. B. für Wind- und Photovoltaikparks oder in Kombination mit intelligenten Grids und der Nutzung in Wohnsiedlungen.

Immer wieder wird die Idee aufgegriffen, Batterien von Elektrofahrzeugen als Stromspeicher zu nutzen. So könnte während der Standzeiten überschüssige Energie gespeichert und bei Bedarf ins Netz zurückgespeist werden. Was bereits gut funktioniert, wenn auch in die andere Richtung, ist das Einspeisen überschüssiger Energie aus Photovoltaik-Modulen in die Batterie des Elektroautos.

Die Umwandlung von überschüssiger Elektrizität in anderweitige Energieformen (Power-to-X), sind ebenfalls Prozesse, die sich dynamisch weiter entwickeln. Dabei gewinnt die Produktion von Wasserstoff (Power-to-Gas) zunehmend an Bedeutung.

Energiespeichersysteme für die Industrie

Gegenwärtig entwickeln sich Energiespeichersysteme auch in der Industrie zu einem unverzichtbaren Element. Doch nicht nur, weil sie eine Schlüsseltechnologie für die Vereinbarung des Pariser Klimaschutzabkommens darstellen.

Denn die Stromspeicherung in verschiedenen Industriezweigen ist geeignet, die Kosten für Leistung und Strom zu senken. Sie garantiert die Kontinuität der Energieversorgung, insbesondere in sensiblen Bereichen, was Sicherheit für die Produktionsprozesse bedeutet.

Stromspeicher, die mit Anlagen erneuerbarer Energiequellen zusammenarbeiten, nutzen zu deren Betrieb die eigene Stromerzeugung. Sie gewährleisten dadurch eine teilweise Autonomie der Stromversorgung. Es wird dadurch überflüssig, extra in einen Stromerzeuger zu investieren und diesen zu warten.

Die mit dem Steuerungssystem SPS-control ausgestatteten Energiespeichersysteme gewährleisten die Online-Analyse und Diagnose der Netzparameter.

Unternehmen, die Energiespeichersysteme verwenden, können dadurch den Preisunterschied zwischen verschiedenen Tarifen nutzen.

Fazit

Die Vorstellung, dass es nicht möglich sei, das Energiesystem nur aus erneuerbaren Energiequellen zu versorgen, kann leicht in Frage gestellt werden. Es werden immer effizientere Speichertechnologien hervor gebracht, welche der Energiewende Aufwind geben. Da sich vieles davon noch in der Erprobungsphase befindet, wäre es sinnvoll, politische Entscheidungsträger, die sich für deren Weiterentwicklung aussprechen, stärker zu unterstützen und zwar auf Kosten der Subventionierung fossiler Energieträger.