Der Umstieg auf Sonnen- und Windenergie oder Biogas ist nur der halbe Weg zur Energiewende. Herkömmliche Kraftwerke, die auf fossile Energieträger setzen, können stets eine gleichmäßige Energieversorgung gewährleisten und je nach Bedarf hoch- oder runtergefahren werden. Bei der Nutzung von Sonnen- und Windenergie bestimmt jedoch die Natur das Aufkommen – die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien ist nicht konstant.
Dennoch muss die Versorgung von Haushalten und Industrie zu jeder Zeit gewährleistet sein. Die Lösung: Überschüssige Energie, die zu Spitzenzeiten besonders viel aus erneuerbaren Energieträgern gewonnen werden kann, aber dann nicht zeitgleich verbraucht wird, wie zum Beispiel in einer sehr windigen Nacht, muss für den späteren Gebrauch gespeichert werden.
Die aus erneuerbaren Energieträgern gewonnene elektrische Energie kann zur Speicherung wieder in andere Energieformen umgewandelt werden, dabei treten allerdings Verluste auf. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Energie zu speichern – so wie es auch verschiedene Arten von Energie gibt. So kann Energie gesammelt werden:
- Mechanische Energie kann etwa in Schwungradspeichern
- Thermische Energie in Wärmespeichern
- Chemische Energie in Brennstofflagern
- Elektrische Energie in Batterien oder Kondensatoren
Wie die Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien effizient gelingt, damit der gespeicherte Strom genau dann genutzt werden kann, wenn er benötigt wird, erfahren Sie in diesem Artikel. Lernen Sie die Energiespeicher der Zukunft kennen, die schon heute vermehrt im Einsatz sind und für die Energiewende einen wichtigen Schritt darstellen.
Pumpspeicherkraftwerke: Wasserkraft als Energiespeicher
Hier gilt dasselbe Prinzip wie bei einem Wasserkraftwerk: Die Energie des fließenden Wassers wird in elektrische Energie umgewandelt. Bei Laufwasserkraftwerken geschieht das an einem fließenden Gewässer, dabei ist der Wirkungsgrad relativ gering. Bei einem Speicherkraftwerk rauscht das Wasser in der Regel aus einem Speichersee von oben nach unten, der Wirkungsgrad ist deutlich höher. Pumpspeicherkraftwerke stehen ebenfalls oft an Flüssen, in ihnen zirkuliert das Flusswasser jedoch. Das heißt: Es wird nach der Stromerzeugung wieder nach oben in einen Speicher gepumpt, was mit zusätzlichem Energieverbrauch einhergeht.
Dabei geht jedoch nur ein Teil der erzeugten Energie verloren – bei modernen Anlagen liegen die Energieverluste durch das Zirkulieren des Wassers zwischen 15 und 25 Prozent. Außerdem wird die Energie für das Pumpen dann dem Stromnetz entnommen, wenn Sonne und Wind zu Spitzenzeiten gerade viel Energie liefern. Bei einem solchen Überangebot ist die benötigte Energie vergleichsweise günstig. Im Falle von Dunkelheit und Flaute geben die Kraftwerke den von ihnen erzeugten Strom wieder ab. Sie können somit die Schwankungen ausgleichen, die durch den Einsatz erneuerbarer Energien entstehen und stabilisieren so das gesamte Netz.
Wasserkraft als Energiespeicher: Pumpspeicherkraftwerke gleichen die Schwankungen erneuerbarer Energien aus.
Pumpspeicherkraftwerke haben den großen Vorteil, dass sie größere Mengen Strom über einen längeren Zeitraum speichern. Sie können bei Bedarf sehr schnell hochgefahren werden und sind somit relativ flexibel einsetzbar. Allerdings dauert es von der Planung bis zur Fertigstellung eines solchen Kraftwerks zehn bis 20 Jahre und es bedarf einer geeigneten Landschaftsstruktur – bedeutet: Eine deutliche Erhöhung muss für den Speichersee vorhanden sein, dessen Gefälle für die Energiegewinnung genutzt werden kann. In Deutschland gibt es mehr als 30 Pumpspeicherkraftwerke, weitere sind in Planung. Ihre Netto-Gesamtleistung beträgt laut der Deutschen Energie Agentur 6.700 Megawatt. Zum Vergleich: Eine durchschnittliche Windkraftanlage erzeugt drei Megawatt und versorgt so etwa 2000 Haushalte jährlich. Hochgerechnet können mit den deutschen Pumpspeicherkraftwerken also bis zu 4,47 Millionen Haushalte versorgt werden.
Die meisten von ihnen befinden sich an Standorten in Mittel- und Süddeutschland, wo die Topografie gute Voraussetzungen für den Betrieb bietet (Gefälle ist vorhanden). Viele derartige Anlagen gibt es folglich auch in Österreich und der Schweiz, wo der Strom an umliegende Länder verkauft werden kann.
Power-to-Gas: der Dreh mit dem Wasserstoff
Die grundsätzliche Idee der Power-to-X Technologie, kurz PtX, ist, Strom zu Gas zu machen, weil dieses gut zu speichern und vielfach einsetzbar ist. In der konkreten Umsetzung wird die von Wind und Sonne erzeugte Energie aufgewendet, um Wasser (H2O) mittels Elektrolyse in gasförmigen Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) umzuwandeln – wie bei Pumpspeicherkraftwerken zielt man dabei vor allem auf die zu Spitzenzeiten erzeugte, nicht im Stromnetz genutzte Energie ab. Der gewonnene Wasserstoff ist dann unter anderem in verdichteter oder verflüssigter Form in Tanks speicherbar. Er kann entweder direkt genutzt werden, etwa in Brennstoffzellen, die wiederum der Stromerzeugung dienen, oder er wird zu sogenannten Power Fuels – also klimafreundlich erzeugten, synthetischen Kraftstoffen – weiterverarbeitet.
Bei der Weiterverarbeitung gibt es drei Möglichkeiten:
- Der Wasserstoff wird mit CO2 gemischt, Methan entsteht. Das Kohlendioxid kommt beispielsweise aus Biogasanlagen oder Klärwerken, oder es wird der Atmosphäre entnommen. Methan ist fossilem Erdgas sehr ähnlich und kann ins Gasnetz eingespeist werden oder Maschinen und Fahrzeuge antreiben.
- Alternativ kann Wasserstoff zu Methanol umgearbeitet werden, einem wichtigen Grundstoff der chemischen Industrie.
- Der Wasserstoff wird zur Produktion der Power Fuels eingesetzt, die als Kraft- und Brennstoffe Verwendung finden.
Die Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien kann viele Bereiche der Gesellschaft klimafreundlicher gestalten.
Die Entwicklung der Technologien von Power-to-Gas sind in den vergangenen Jahren zügig vorangekommen. Elektrolyseure, also die Power-to-Gas Anlagen zur Umwandlung des Wassers in Gas, stehen an der Schwelle zur Marktreife. Die Technik bietet eine Reihe von Vorteilen. Zunächst ist Power-to-Gas als langfristiger Stromspeicher geeignet, Wasserstoff und Methan lassen sich wieder in elektrische Energie umwandeln. Daneben benötigt die Industrie große Mengen an Wasserstoff, der mit dieser Technologie ökologisch hergestellt werden kann. Sie ermöglicht CO2-arme Mobilität.
Shell unterstützt diese Entwicklung und fördert den Ausbau von Anlagen zur Produktion von grünem Wasserstoff. Mehr dazu erfahren Sie hier.
Superkondensatoren: Die Batterie von morgen
Wenn wir an Energiespeicher denken, fallen uns als erstes wohl Batterien und Akkus ein. Die könnten in der Zukunft durch Kondensatoren ersetzt werden. Schon heute sind sie vielfach im Einsatz, meist aber kaum beachtet. Bei Elektrofahrzeugen beispielsweise speichern sie die beim Bremsen erzeugte Energie und geben sie beim Beschleunigen wieder ab. In Mannheim, Heidelberg und Ludwigshafen fahren Straßenbahnen damit, in Shanghai wird eine ganze Busflotte so betrieben. Superkondensatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie große Energiemengen blitzschnell speichern und ebenso schnell wieder abgeben können.
Ein Kondensator besteht aus zwei Metallplatten oder Leitern, die durch einen Isolator wie Luft, Kunststoff oder Keramik getrennt sind. Beim Laden lösen sich Elektronen von der einen Platte und sammeln sich auf der anderen. Positive und negative Ladungen werden so voneinander getrennt, zwischen den Platten baut sich ein elektrisches Feld auf, in dem Energie gespeichert wird. Superkondensatoren sind eine Weiterentwicklung dieses Prinzips, bei der hocheffiziente Materialien wie Kohlenstoff eingesetzt werden. Sie ermöglichen es, auch große Energiemengen zu speichern.
Funktionsweise eines Kondensators
Superkondensatoren sind eine Ergänzung zur Energieerzeugung aus Wind- und Solarkraft. Ihr großer Vorteil liegt darin, dass sie kurzfristige Stromausfälle überbrücken können, auch wenn hohe Leistungen gefragt sind. Dazu werden sie im Stromnetz wie Batterien eingesetzt. Sie sind allerdings langlebiger als diese: Innerhalb von zehn Jahren verlieren sie nur 20 Prozent ihrer vollen Kapazität – bei Akkus sind es in der Regel zehn Prozent alle 1,5 Jahre. Allerdings entladen sich die derzeitigen Superkondensatoren innerhalb von 30 bis 40 Tagen um die Hälfte. Blei- und Lithium-Akkus geben in dieser Zeit nur fünf Prozent ab. Ideal ist der Einsatz von Superkondensatoren in Elektrofahrzeugen. Aufgrund der technischen Entwicklung ist es durchaus möglich, dass diese Technologie schon bald ein wesentlicher Bestandteil von Antriebs- und Speicherlösungen sein wird.
Speichern Sie auch in Ihrem Zuhause Energie
Auch wer beispielsweise über sein Dach Solarstrom für den eigenen Haushalt erzeugt, wird feststellen, dass Stromerzeugung und -verbrauch oft nicht deckungsgleich sind. Die Lösung ist ein Batteriespeicher für den privaten Gebrauch: Er ermöglicht Ihnen, bis zu 75 Prozent Ihres eigenen Energiebedarfs – für einen Drei-Personen-Haushalt mit Elektroauto beträgt dieser laut dem Verband der Bayerischen Energie- und Wasserwirtschaft etwa 10.000 kWh – mit nachhaltig erzeugtem Solarstrom abzudecken.
Dafür ist ein langlebiger und sicherer Batteriespeicher mit Lithium-Eisenphosphat-Zellen geeignet, wie zum Beispiel die sonnenBatterie unseres Partnerunternehmens sonnen. Sie setzt auf eine regelmäßige und sichere Versorgung und eignet sich ideal für den täglichen Eigenverbrauch. Und sollte der zuhause gespeicherte Strom mal nicht ausreichen, sichern Sie sich Ihre Stromversorgung zu fairen Preisen mit unseren Stromtarifen mit ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien.
