Neue Stromspeicher: Pumpen, pressen, puffern

Die meisten Stromspeicher brauchen viel Platz oder sind sehr teuer. Ein Überblick über alte und neue Speicherformen.

Sieht aus wie das schönste Freibad der Welt, ist aber das Pumpspeicherkraftwerk Rönkhausen. Schwimmen verboten Foto: Imago/Hans Blossey

Pumpspeicherwerke: gibt es seit 100 Jahren. Das Prinzip ist einfach: Immer dann, wenn man zu viel Strom im Netz hat, pumpt man Wasser den Berg hinauf. Sobald man wieder Strom braucht, lässt man es auf die Turbinen runter stürzen.

Effizienz: sehr gut. Lediglich ein Fünftel der Energie geht verloren. Die Anlagen brauchen jedoch riesige Staubecken und erfordern so einen erheblichen Eingriff in die Landschaft; kein Wunder also, dass das seit Jahren geplante Großprojekt Atdorf der EnBW im Südschwarzwald auf heftigen Widerstand stößt.

Aufgrund der gigantischen Ausmaße sind Pumpspeicherwerke so teuer, dass Neubauten kaum wirtschaftlich zu betreiben sind; das Projekt Atdorf wurde zuletzt mit einer Investitionssumme von 1,6 Milliarden Euro kalkuliert.

Zudem taugen die Projekte nur zum kurzzeitigen Ausregeln des Netzes und nicht, um eine mehrwöchige Windstille zu überbrücken.

Druckluftspeicher: eine noch wenig genutzte Option. Es gibt – obwohl immer wieder diskutiert – nach wie vor nur ein einziges Projekt in Deutschland. Die Anlage steht seit den siebziger Jahren in Huntorf in Niedersachsen und wird von Eon betrieben.

Effizienz: schlecht. Nach Firmenangaben liegt ihr Wirkungsgrad bei 42 Prozent. Das liegt daran, dass beim Zusammenpressen der Luft viel Abwärme entsteht. Deutlich höhere Effizienz könnten nun sogenannte adiabate Kraftwerke erzielen, bei denen die Wärme, die beim Zusammenpressen der Luft entsteht, gespeichert und später zum Anheizen der sich wieder ausdehnenden Luft genutzt wird. Wissenschaftler halten in diesem Fall einen Wirkungsgrad von bis zu 70 Prozent für möglich.

Allerdings birgt diese Technik Herausforderungen in der Entwicklung, die sich kaum lohnen. EnBW hatte bereits 2006 ein ähnliches Projekt angekündigt, doch bald wieder auf Eis gelegt. Ähnlich ging es später auch RWE.

Batterien: gibt es in allen möglichen Varianten. Sie sind allerdings relativ teuer und ihre zeitliche Lebensdauer ist ebenso begrenzt wie ihre Zahl an Ladezyklen.

Effizienz: gut. Allerdings benötigen Batterien oft begrenzte Rohstoffe, wie etwa Lithium. Auch andere Zellen vom Typ Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure, Natrium-Schwefel, Natrium-Nickelchlorid oder Zink-Brom sind aus technischer Sicht zwar interessante Speicheroptionen, doch abseits der Notstromversorgung rentieren auch sie sich bisher allesamt kaum.

Redox-Flow-Batterien: ein besonderer Speicher, der zwischen normalen Batterien und einem chemischen Speichermedium steht. In Redox-Flow-Batterien steckt die Energie in zwei Flüssigkeiten, die in zwei Tanks bereitgehalten werden. Durch einen umkehrbaren physikalisch-chemischen Prozess können sie Strom speichern, wobei ein Wirkungsgrad von 75 Prozent erreichbar ist.

Effizienz: gut. Diese Batterien haben den Vorteil, dass mit der Vergrößerung des Tanks auch die Kapazitäten erhöht werden können. Sinnvolle Einsatzbereiche könnte es in der Leistungsklasse zwischen 500 Kilowatt und 10 Megawatt geben. Wirtschaftliche Perspektiven sind aber auch hier wie in den anderen Fällen allenfalls im Markt der Regelleistung – also zur Stabilisierung des Netzes – erkennbar.

Methan: ein Speicher ohne Grenzen. Mit überschüssigem Strom spaltet man Wasser in seine atomaren Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf. Der Wasserstoff lässt sich bis zu einem Gehalt von 5 Prozent ins Erdgasnetz einspeisen oder als Treibstoff nutzen. Auch lässt sich Wasserstoff in Gaskavernen speichern, womit große Langzeitspeicher möglich werden.

Das brennbare Gas Methan erhält man, indem man den Wasserstoff in einem zweiten Schritt unter Einsatz von Kohlendioxid chemisch umbaut. Pilotanlagen dieser Art gibt es bereits. Wirtschaftlich einsetzbar ist aber auch diese Technik derzeit noch lange nicht.

Effizienz: sehr hoch. Wie Erdgas lässt es sich unbegrenzt ins Gasnetz einspeisen. Die Kapazität ist riesig; der deutsche Strombedarf für mehrere Monate ließe sich auf dem Weg der Methangewinnung in den bestehenden Gasspeichern puffern. So könnte das Erdgasnetz die nötigen Kapazitäten für einen Umstieg auf 100 Prozent erneuerbare Energien liefern, weil Windstrom in stürmischen Zeiten und die Sonne des Hochsommers so lange gespeichert werden können, bis sie benötigt werden. Die Infrastruktur, um aus dem Wind- und Sonnengas wieder Strom zu gewinnen, gibt es schon – die heutigen Erdgaskraftwerke.

Der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom zu Erdgas beträgt nur rund 60 Prozent. Aber das spricht nicht unbedingt gegen das Verfahren, denn andernfalls droht mitunter ein vollständiger Verlust der Energie, beispielsweise wenn Windkraftanlagen abgestellt werden müssen.

Schwungradspeicher, Hochleistungskondensatoren („SuperCaps“) und Supraleitende Magnetische Energiespeicher: Aufgrund der limitierten Speicherkapazitäten kommen diese Technologien als Sicherungssysteme infrage, wo eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zwingend ist. Am Energiemarkt spielen sie allerdings keine ernsthafte Rolle.

Besser als jeder Speicher: ein vernünftiger Umgang mit den fossilen Energien. Würde zukünftig darauf verzichtet, weiterhin Uran, Kohle und Erdgas auch dann zu verstromen, wenn Sonne und Wind reichlich Strom liefern, wären viele Speicher überflüssig. Derzeit werden jedoch noch riesige Mengen Atom- und Kohlestrom selbst dann erzeugt, wenn die Erneuerbaren ausreichend Strom produzieren.

Comments

[reblek]

Wasserstoff könnte heute direkt als Treibstoff für den neuen Toyota und ähnliche Autos genutzt werden.

[33641 (Profil gelöscht)]

Methan als Wärmespeicher? Ist Methan nicht besonders klimaschädlich? Und nun soll es auch noch künstlich produziert werden? Und Riesenbatterien? Die kriegen doch noch nicht einmal ein ordentliches Elektroauto hin. Überhaupt haben die tollen Erneuerbaren bisher nur zu noch mehr CO2 Emissionen und höheren Strompreisen geführt, wie eine arte-Doku vor kurzem aufzeigte. Schon eine Verhinderung der Brandrodung würde mehr CO2 einsparen, als alle Kohlekraftwerke und Fahrzeuge zusammen in die Luft blasen.

[Christian]

@33641 (Profil gelöscht):

Vielleicht haben "die" bei den Elektroautos ja andere Zielsetzungen als "die" bei den Energiespeichern fürs Stromnetz. Vielleicht ist das der Grund, warum Sie von "denen" noch nie den Vorschlag gehört haben, riesige Redox-Flow-Tanks auf Elektroautodächer zu montieren. Außerdem schwebt "denen" glaub ich nicht vor, das Methan in die Atmosphäre zu entlassen. Wenn das künstliche Produzieren dazu führt, das unterm Strich weniger nach Erdgas gebohrt werden würde, wäre das wohl ein Gewinn fürs Klima.

 

Gegen eine Doku kann ich natürlich wenig sagen. Dokus haben immer Recht, da braucht man nicht einmal ihre Argumente zu wiederholen oder ihren Namen zu nennen.

[33641 (Profil gelöscht)]

@Christian:

Vielleicht sollten Sie auch mehr Dokus anschauen.

[64938 (Profil gelöscht)]

Hier fehlen die Erwärmespeicher, wie sie gerade überall in Dänemark als Ergänzung zu Solarthermiefeldern gebaut werden. Man kann dort Wärme (=Energier) über lange Zeit speichern und später mit Wärmetauschern entnehmen. Ist sehr einfach und kostet wenig. Wie die meisten Energielösungen, die in DK eingesetzt werden.

Power2Gas ist viel zu kompliziert und zu teuer, typisch deutsch halt.

So wie wir mit Growian beweisen wollten, das Windkraft nicht funktioniert. Während 100km nördlich Vestas die Dinger überall in Betrieb genommen hat.

[christian-65]

@64938 (Profil gelöscht):

Power2Gas bzw. Windgas ist zur Zeit noch teuer, weil ähnlich wie bei Grobian und den Solarzellen früher die Technik in der Entwicklung ist. Ärgerlich ist, dass das sinnvolle Verfahren, wie Vieles in anderen Bereichen auch, von Goßkonzernen ausgebremst wird. Der Vorteil von Methan gegenüber Erdwärme ist, dass es ortsunabhängig ist. Am sinnvollsten wird am Ende ein Mix sein.

Es gibt übrigens, wie es in den Niederlanden schon häufiger zu sehen ist, effektivere Anlagen (verschiedene Turbinen, ähnlich wie Wasserräder) aus Wind Strom zu erzeugen als diese großen Windräder. Die sind in der Regel mit hohen Investitionen verbunden. Energieversorgung ist immer ein dickes Geschäft.

Es ist aber gut, wenn ein öffentlicher Diskurs über dieses Thema den gleichen Stellenwert bekommt, wie die Abkehr von fossilen Energieträgern.

[lions]

Sich über Speicherung von Strom Gedanken machen, ist sicher wichtig, doch es macht den geringeren Teil des Gesamtenergiebedarfs aus. Wie halten wir die Wärme in unseren Buden? Sind diese vll auch zu groß ? Was ist mit dezentraler Stromversorgung in Verbindung mit KWK-Anlagen etc. ? Das sind Fragen, deren Beantwortung dringlicher wäre.

[Harry Haller]

Seit mehr als 20 Jahren bin ich auf der Suche nach der günstigsten Energiequelle: ökologisch und wirtschaftlich. Einiges habe ich beim Bau anwenden können.

 

Aber wie man sich auch dreht, nichts ist soviel wert wie Energie sparen. Konsumieren, ja! Aber dabei nachdenken! Der Erfindungsgeist, um neue umweltfreundliche Quellen anzubohren, ist beinahe grenzenlos. Wenn wir es wollen, wird die Zukunft für ALLE rosig wein! Na ja.

 

Die politischen Umbrüche, die weltweit eingesetzt haben, werden von intelligenter Energieproduktion begleitet. Vorausgesetzt die großen Industrie- und Finanzdinosaurier, die bisher unsere Zivilisation bestimmt haben, werden zum Schweigen gebracht.

 

Dann erst wird die Demokrtie zum Weltkulturerbe der Menschheit gehören.