Energiespeicherung

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Entwicklung vernachlässigt

Graphen, das neue Wundermaterial?

Dass sich Verfahren zur Energiespeicherung noch heute in der Entwicklung befinden, ist eine Folge der Energiepolitik der letzten Jahrzehnte. Die Atomkraft wurde durch staatliche Subventionen einseitig gefördert, die erneuerbaren Energien und die erforderlichen Speichertechniken wurden von Forschung und Energiekonzernen hingegen vernachlässigt.

Im November 2011 wurde im "Spiegel" kritisiert: "Elektrizität lässt sich derzeit kaum im großen Maßstab speichern. Während konventionelle Kraftwerke ihre Produktion dem aktuellen Bedarf anpassen, müssen Wind- und Sonnenkraftwerke nehmen, was kommt. Daher liefern sie Energie mitunter zur Unzeit. Die Entwicklung effizienter Energiespeicher ist daher ein Eckpfeiler für den Umbau der Energieversorgung auf erneuerbare Quellen." Im Artikel wird auf verschiedene Verfahren zur Energiespeicherung hingewiesen, wie z. B. Windgas, Wasserstoff oder Wasserkraftwerke.

Über aktuelle Trends bei der Energiespeicherung kann man sich auf der folgenden, von der Bundesregierung geförderten Website informieren. → Energiespeicher - Forschungsinitiative der Bundesregierung

Dass in Speichertechnologien investiert werden müsse, ist jedoch nicht unumstritten. Nach einer Studie der Berliner Denkfabrik "Agora Energiewende" bestehe in den 2020er und 2030er Jahren kein Bedarf an zusätzlicher Energiespeicherung. Wirtschaftlicher sei es, "die Produktion anderer Kraftwerke an das schwankende Ökostromangebot anzupassen, die Stromnachfrage gerade großer Verbraucher zu flexibilisieren und das europäische Stromnetz auszubauen".

Neue Organisationen und Institutionen

Zwar gibt es noch keine klare Linie bei der Technik, bei Organisationen und Institutionen sind jedoch Fortschritte zu verzeichnen.

Die Branche der Energiespeicherunternehmen hat sich im Bundesverband Energiespeicher (BVES) organisiert, der ihre Interessen vertritt. "Zu den Mitgliedern gehören Unternehmen und Institutionen aus allen Bereichen der Energiespeicherung, bspw. Technologiehersteller, Projektentwickler, Systemintegratoren, Beratungsunternehmen, Händler sowie Forschung und Entwicklung." Der BVES kündigte im Oktober 2013 an, ein internationales Netzwerk mit dem Namen "Exportplattform Energiespeicher" einzurichten, um Vertriebskanäle zu etablieren.

2012 gründete das Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) das Centrum für Energiespeicherung, dessen Forschungsschwerpunkt auf "integrierten, dezentralen Energiewandlungs- und Energiespeichersystemen" liegt. UMSICHT ist eine selbständige Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft.

In Münster ist die Gründung eines neuen Forschungsinstituts der Helmholtz-Gemeinschaft geplant, das die Methoden intelligenter Energiespeicherung erforschen soll.

Am 18. November 2013 fand in Bonn die 8. International Renewable Energy Storage Conference and Exhibition (IRES) statt, in der Wissenschaftler ihre Erfahrungen über verschiedene Verfahren der Energiespeicherung austauschten.

Mit dem Titel "Energy Storage" fand 2014 eine Messe zur Energiespeicherung geplant (Düsseldorf, vom 25. bis 27. März 2014). Die Messen werden jährlich wiederholt → Energy Storage (Homepage)

Internationales Stromnetz

Der grenzüberschreitende Energiehandel kann eine wichtige Rolle bei der Energiespeicherung und der Verteilung erneuerbarer Energien spielen.

Im April 2012 forderten Wissenschaftler ein "internationales Superstromnetz", um einen "großräumigen, elektronisch gesteuerten Energieausgleich" in Kombination mit vorhandenen Energiespeichern zu ermöglichen.

Ansätze dafür gibt es bereits: So wird beispielsweise schon jetzt überschüssige Windenergie aus Deutschland nach Österreich übertragen und in Wasserkraftwerken gespeichert. Bei Windflaute in Deutschland wird die Wasserkraft wieder in Energie umgewandelt und nach Deutschland zurückgeliefert.

Im Dreiländereck von Deutschland, Dänemark und Schweden in der Ostsee wird eine grenzüberschreitende Leitungsverbindung errichtet, in die auch mehrere Offshore-Windparks einbezogen werden. Dadurch werden nicht nur nationale Strommärkte verbunden, es kann auch der schwankende Strom aus Windparks besser abgeleitet und verteilt werden.

Einen wichtigen Beitrag zur Lösung des Speicherproblems, so wurde 2012 berichtet, könnte Norwegen liefern: Bis 2018 möchte das Land in Zusammenarbeit mit Deutschland eine Seekabelverbindung bauen, über die Deutschland Energie in Pumpspeicherkraftwerken in Norwegen speichern kann. Nach einer anderen Quelle soll das Kabel bereits 2015 zur Verfügung stehen. Norwegen könnte Schätzungen zufolge bis zu 25.000 MW (25 GW) zusätzliche Speicherkapazität zur Verfügung stellen. Zum NordLink-Kabel wurde im Februar 2015 ein Abkommen zwischen Norwegen und Deutschland abgeschlossen. Die Anlage soll 1,5 bis 2 Mrd. Euro kosten, ab 2019 im Probebetrieb laufen und 2020 in Betrieb gehen. Sie führt von Tonstad in Norwegen bis nach Wilster in Schleswig-Holstein.

Außerdem wird über ein grenzenloses "Nordseenetz" nachgedacht, mit dessen Hilfe Energieschwankungen zwischen den Nordseeländern ausgeglichen bzw. überschüssige Energie in Norwegen gespeichert werden könnten.

Im Januar 2014 kündigte der Netzbetreiber 50Hertz an, das deutsche Stromnetz besser mit Polen und Tschechien verbinden zu wollen, um überschüssigen Strom verkaufen zu können. Entsprechende Verträge stünden kurz vor dem Abschluss.

Power to Gas & Brennstoffzellen

Im "Focus Online" vom 26. Oktober 2011 wurde auf ein Hybridkraftwerk hingewiesen, welches Windkraft als Wasserstoff speichert. Daneben wird Biogas als Energieträger verwendet.

Amerikanische Forscher gaben im August 2013 bekannt, sie hätten ein Verfahren entwickelt, mit dem günstig und umweltschonend der Energieträger Wasserstoff gewonnen werden könne. Sonnenlicht soll hierzu auf Solarturm-Kraftwerke gelenkt und konzentriert werden; die Strahlung trifft im Reaktor auf Wasserdampf und spaltet diesen in Wasserstoff und Sauerstoff.

Als innovative Speichermöglichkeit wurde im November 2013 im "Standard" das Verfahren "Power to Gas" beschrieben, bei dem mit Hilfe von Strom und Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden kann. Ein Teil des Wasserstoffs wird weiterverwendet, der größte Teil aber in Methan umgewandelt, welches dann für Wärmeerzeugung und den Mobilitätssektor verwendet werden kann. Power to Gas sei zwar noch nicht ausgereift und sehr teuer im Vergleich zu russischem Erdgas, besitze aber einen hohen Wirkungsgrad. Mit einer längerfristigen Kostensenkung sei zu rechnen.

2014 ist eine erste Demonstrationsanlage für Power-to-Gas in Frankfurt ans Netz gegangen. Darin wird Ökostrom in Wasserstoff verwandelt, welcher in einem lokalen Gasnetz gespeichert wird. Allerdings gehen 30 % der Energie dabei verloren. Mit der Anlage soll Betriebserfahrung gesammelt werden.

Bausteine für Power to Gas sollen ab 2015 im Energiepark Mainz erforscht werden.

MAN-Chef Georg Pachta-Reyhofen forderte die Bundesregierung im Juni 2014 auf, den Einsatz neuer Technologien, insbesondere von Power-to-Gas, bei der Energiewende zu erleichtern. PtG mache Energie speicherbar und könne den Bedarf an neuen Stromtrassen verringern, was die Akzeptanz in der Bevölkerung erhöhen würde.

Im August 2015 waren knapp zwei Dutzend Pilotprojekte am Laufen, die von der Bundesregierung gefördert wurden. E.ON betrieb eine Anlage im brandenburgischen Falkenhagen, RWE seit August 2015 in Ibbenbüren im Münsterland. Die Umwandlung von überflüssigem Ökostrom in Wasserstoff und Methan gilt zwar nicht als wettbewerbsfähig. Greenpeace Energy fand aber für einen ""Pro-Windgas"-Gastarif" vom Dezember 2014, der über den marktüblichen Preisen lag, in kurzer Zeit über 10.000 umweltbewusste Kunden.

Nach einer Meldung vom Januar 2016 gelang es einem Start-Up-Unternehmen, Wasserstoff in einer ölähnlichen Flüssigkeit zu speichern, womit es gefahrloser zu transportieren ist. Aus dem Wasserstoff kann dann wieder Energie gewonnen werden. Auf diese Energiespeichermethode war bereits 2012 hingewiesen worden.

Im März 2016 schlossen sich mehrere bayerische Hochschulen zum Verbund ForOxiE² zusammen, um in einem interdisziplinären Projekt Möglichkeiten der Speicherung erneuerbarer Energie zu erforschen; insbesondere Materialverbesserungen für Brennstoffzellen sollen erreicht werden.

→ Wikipedia: Power-to-Gas

Salz

2008 hatten Forscher bereits auf flüssige Salze als Energiespeicher wegen deren guter Leitfähigkeit hingewiesen.

Laut der "Süddeutschen Zeitung" wird die Speicherung von Wärme mit Hilfe verschiedener Materialien erforscht, wie z. B. Salz in Tanks: "Wenn dieses schmilzt, nimmt es ähnlich wie Eiswürfel in einem Longdrink Energie auf, ohne sich zu erwärmen. Die Energie kann der Speicher später wieder abgeben, wenn die Sonne untergegangen ist - ein Solarkraftwerk für die Nacht." Als Alternativen für Salz gelten Schlacke aus der Stahlproduktion, Beton, Paraffin oder Salzhydrate.

Für die Energiespeicherung können sogenannte Solarsalze eingesetzt werden, Mischungen aus Natrium- und Kaliumnitrat, die hohe Temperaturen ertragen. Allerdings sind diese Salze sehr aggressiv, weswegen im Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) derzeit spezielle Werkstoffe getestet werden.

Druckluftspeicher

1978 wurde das Druckluftspeicherkraftwerk Huntorf bei Wilhelmshaven in Betrieb genommen, 1991 ein ähnliches Kraftwerk in Macintosh (USA). In diesen CAES-Kraftwerken (Compressed Air Energy Storage) wird mit überschüssiger Energie Luft in einen Speicher gepumpt. Wird Strom benötigt, wird mit der Druckluft eine Gasturbine zur Stromerzeugung angetrieben. Als Speicher werden unterirdische Kavernen in Salzstöcken verwendet.

Batterien

Im März 2013 wurden auf der Hannover Messe Redox-Flow-Batterien vorgestellt, die Energie in chemischen Verbindungen (flüssigen Elektrolyten) speichert. Deren Leistungsfähigkeit konnte in letzter Zeit deutlich erhöht werden.

Im Januar 2014 berichtete die "FAZ", dass amerikanische Wissenschaftler eine Flussbaterie mit organischen Chemikalien entwickelt haben, mit denen Energie in größeren Mengen gespeichert werden kann. Optimistischen Schätzungen zufolge könnten praxistaugliche Prototypen dieser sogenannten Redox-Flow-Akkus oder Redox-Flussbatterien in drei Jahren zur Verfügung stehen.

Mecklenburg-Vorpommern, das 2014 voraussichtlich einen Anteil von 100 % an erneuerbaren Energien erreichen wird, wird Europas größten Batteriepark in Betrieb nehmen. Er setzt sich aus 25.600 Lithium-Ionen-Akkus zusammen und "dient ausschließlich dazu, die wetterbedingten Schwankungen des Wind- und Solarstrom-Aufkommens kurzfristig auszugleichen, um so die Frequenz im Stromnetz stabil zu halten." Bei erfolgreichem Betrieb der Akkus sind weitere Energiespeicher für überschüssige Kapazitäten geplant.

Am 11. Juli 2014 nahm das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) den größten deutsche Solar-Speicher-Park in Betrieb, in dem Solarzellen, Batterien und Wechselrichter zusammenarbeiten. Sonnenstrom soll so gespeichert und jederzeit verfügbar gemacht werden.

Pumpspeicherwerke und Ringwallspeicher

Pumpspeicherwerke gelten derzeit als das einzige kommerziell einsetzbare Verfahren zur Energiespeicherung. Aufgrund der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen und geologischen Gegebenheit ist deren Ausbau allerdings Grenzen gesetzt.

Im Oktober 2012 wurde in Österreich die Initiative "Infrastrukturpaket der Alpenländer" präsentiert, in der Deutschland, Österreich und die Schweiz die Pumpspeicherkraftwerke ausbauen wollen.

Eine Sonderform von Pumpspeicherwerken sind künstliche Seen, sogenannte Ringwallspeicher. Dabei wird überschüssiger Strom aus einem unteren in ein oberes Speicherbecken gepumpt. "Bei Windflaute und Strombedarf fließt das Wasser wieder zurück und treibt dabei Turbinen an." Ein großer Ringwallspeicher hätte die Kapazität von zwei Atomkraftwerken.

Dezentrale Solarstromspeicher

Seit Mai 2013 fördert der Bund die private Anschaffung von Solarstromspeichern für Strom, der über Tag produziert wird und in der Nacht genutzt werden kann. Nach einer Studie des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) sollen dadurch auch die Netze entlastet werden. Allerdings ist die Nachfrage bislang nur gering, und manche Fachleute halten eine Förderung für nicht zielführend und die eingesetzte Technologie für nicht ausgereift. Zuschüsse im Rahmen des Batteriespeicher-Förderprogramms leistet die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW). In einem Einfamilienhaus mit Fotovoltaikanlage und Batteriespeicher sollen externe Stromkosten so um bis zu 60 % reduziert werden können.

Mit dem "Zehntausend-Häuser-Programm" war 2013 in Bayern ein spezifisches Förderprogramm geplant, das die Selbstversorgung von Häusern über dezentrale Energiespeicherung unterstützen soll.

Graphen

Graphen ist eine besondere Kohlenstoffverbindung, der unter den Nanomaterialien herausragende Eigenschaften zugeschrieben werden. Damit sollen u. a. besonders effiziente Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 60 % möglich sein.

Graphen ist aber auch als mögliches Material für Energiespeicherung im Gespräch. Im Januar 2012 wurden in einer Präsentation der Universität Bayreuth beispielsweise "graphenbasierte Supercapacitors" vorgestellt.

Am 20. Juli 2012 gab das Leibnitz-Institut für Neue Materialien (INM) bekannt, dass es an der Verwendung von Kohlenstoffnanofasern, darunter Graphen, für hocheffiziente Energiespeicher forscht.

In einem nicht datiertem Beitrag bespricht die Max-Planck-Gesellschaft "Superkondensatoren aus Graphen als Energiespeicher". Im Juni 2013 wurde darauf hingewiesen, Wissenschaftler in Los Angeles hätten herausgefunden, dass sich Graphen als Superkondensator sehr gut zur Energiespeicherung eignet.

Weitere Links

Anbei einige weitere Artikel, in denen weitere mögliche Techniken der Energiespeicherung besprochen werden:

• heise de: Themenseite Energiespeicher
• Als Möglichkeiten, wie man auf Schwankungen bei Erzeugung und Verbrauch reagieren kann, nennt der Chemiker und Energieexperte Schüth die Schaffung von Reservekapazitäten, Ausgleich regionaler Fluktuationen durch Ausbau der Stromnetze, Steuerung der Energienachfrage bei den Abnehmern (Demand-Side-Management) sowie chemische und mechanische Energiespeicherung. Als Optionen für die chemische Energiespeicherung werden genannt: Kohlenwasserstoffe, Elektrolyse, Lithium-Ionen-Batterien, direkte Spaltung von Wasser mit Sonnenlicht.

• Im "Focus Online" vom 26. Mai 2012 wurden diskutiert: Pumpspeicherkraftwerke, Autobatterien, chemische Energie (Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe).

• In einem Artikel der "FAZ" vom April 2011 werden genannt: Druckluftspeicher, Solarthermieanlagen mit Wärmeübertragung auf synthetisches Thermöl, Wasserstoffspeicher, Lithium-Ionen-Batterien, Betonhohlkugeln mit Nutzung der Druckunterschiede im Meer.

Fernsehbeiträge

• Regenerativ - Gas als Energiespeicher
  "Power-to-Gas, Strom zu Erdgas, so nennt sich ein Verfahren, das schon in naher Zukunft dazu dienen könnte, große Strommengen zu speichern: Bei Power-to-Gas wird mit Hilfe von Strom Erdgas erzeugt, das sich problemlos über längere Zeit in schon bestehenden unterirdischen Speichern lagern lässt."

Regenerativ - Gas als Energiespeicher Projekt Zukunft

Deutsche Welle vom 24. März 2013

• Stromspeicher mit Luft, Wasser, Salz, Wasserstoff, Methan
  

Energiewende Teil 10 von Stromspeicher mit Luft Wasser Salz Wasserstoff Methan

3sat, hochgeladen auf YouTube am 25. September 2011

(Letzte Änderung: 09.05.2017)