Stromspeicher im Vergleich

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Energiespeicher - Gastbeitrag

Wie kann man überschüssige Erneuerbare Energie effizient nutzen? Es gibt zwei denkbare Lösungsansätze für dieses Problem: Einerseits den schon lang versäumten Netzausbau. Oder aber den massiven Einsatz von Speichern. Stromspeicher-systeme werden immer weiter erforscht und ihre Effektivität ständig verbessert. Sie entwickeln immer mehr das Potenzial, zu einem integralen Bestandteil der dringend benötigten Infrastruktur für die Energiewende zu werden. Höchste Zeit, sich die vorhandenen Techniken einmal genauer anzusehen – im 2. Teil unseres Gastbeitrags (Hier geht es zu Teil 1)

Pumpspeicherkraftwerke
In Deutschland sind zurzeit 31 Pumpspeicherkraftwerke in Betrieb. Auch wenn diese Pumpspeicher nicht nur zur Speicherung regenerativ erzeugten Stroms eingesetzt werden, sind sie auch für die Energiewende interessant, da ihre Speicherkapazitäten die von Batteriespeichern bei Weitem übersteigen. Pumpspeicherkraftwerke verwenden eine seit langem erprobte Technik und können sehr schnell auf Schwankungen im Netz reagieren.

In Pumpspeicherkraftwerken wird mit Hilfe der zu speichernden Energie Wasser aus einem Unter- in ein Oberbecken gepumpt. Steigt die Strom-Nachfrage wieder, lässt man das Wasser aus dem Ober- in das Unterbecken fließen. Dabei treibt das Wasser Turbinen an, die Strom erzeugen.

Als besonderer Vorteil von Pumpspeicherkraftwerken gilt deren Schwarzstartfähigkeit, d. h., sie können nach einem großflächigen Stromausfall unabhängig vom Netz hochgefahren werden und so das Stromnetz wieder aufbauen. Diesen Vorteil bieten Batteriespeicher nach gegenwärtigem Stand nicht. Es gibt allerdings Pilotprojekte (z. B. in Schwerin beim Energieversorger Wemag), die das Ziel haben, Batteriespeicher ebenfalls schwarzstartfähig zu machen.

Die zentrale Lage von Pumpspeicherkraftwerken führt dazu, dass der Strom erst weit transportiert werden muss, bevor er gespeichert werden kann – Somit ist diese Form der Speicherung stark von den Stromnetzen abhängig, die sie eigentlich entlasten soll. Zudem ist der Wirkungsgrad von mindestens 65 % bis 80 % geringer als der einiger Batteriespeicher. Die massiven Eingriffe in die Landschaft, die sich beim Bau von Pumpspeicherkraftwerken nicht vermeiden lassen, stoßen in der Bevölkerung auf wenig Akzeptanz.

Druckluft
Eine weitere Form der Energiespeicherung, in die viel Hoffnung gesetzt wird, ist die Speicherung mittels Druckluft.

Das Grundprinzip ist die Komprimierung und Speicherung der Luft in unterirdischen Kavernen. Um wieder Strom zu gewinnen, lässt man die Luft aus den Kavernen entweichen. Sie treibt eine Turbine an und erzeugt so Strom. Jedoch ist diese einfache Form der Druckluft-Speicherung im Vergleich zu anderen Speicherformen unwirtschaftlich, da die bei der Komprimierung der Luft entstehende Wärme verloren geht und nicht weiter genutzt wird. Wenn die Luft entweicht, muss jedoch wieder Energie zugeführt werden, um ein Vereisen der Turbinen zu verhindern. Der Wirkungsgrad von Druckluft-Speichern wird mit etwa 50 % angegeben.

Da zur Stromerzeugung zusätzlich zur Druckluft weitere Energie benötigt wird, arbeiten die bisher weltweit zwei Druckluftkraftwerke (in Huntorf, Deutschland und McIntosh, USA) mit einem Gasturbinen-Kraftwerk. Die entweichende Druckluft wird mit Erdgas vermischt und treibt eine Gasturbine an. Als nachhaltig kann diese Form der Energieerzeugung aber kaum bezeichnet werden, da Erdgas bisher hauptsächlich aus fossilen Quellen gewonnen wird. Eine mögliche zukünftige Alternative könnten Druckluftspeicherkraftwerke mit sogenanntem adiabatischem Betrieb darstellen: Hier wird die bei der Komprimierung entstehende Wärme gespeichert und später zur Erwärmung der entweichenden Luft eingesetzt, um ein Vereisen der Turbinen zu verhindern. Es wird kein zusätzliches Erdgas benötigt.

Der große Vorteil dieser Speicherform gegenüber anderen Speichern: Sie nutzt unterirdische Speicher wie Salzstöcke oder leere Gas-Kavernen und greift optisch nicht in die Landschaft ein. Ein weiterer Vorteil ist die im Vergleich zu Batterie-Speichern größere Speicherkapazität. Wie Pumpspeicherkraftwerke sind auch Druckluftspeicherkraftwerke in der Regel zu einem Schwarzstart in der Lage.

Allerdings gibt es nur wenige vielversprechende Projekte im Bereich der Druckluftspeicherung. Die Planungen für das deutsche Druckluftspeicherkraftwerk in Staßfurt, Sachsen-Anhalt, ruhen derzeit, da dem Projekt die „konkrete[…] Marktperspektive“ fehle (Christian Metzger, RWE).

Power-to-Gas
Die Power-to-Gas-Speichermethode wird heutzutage noch nicht besonders oft eingesetzt, da ihr Wirkungsgrad (etwa 80 %, bei Rückverstromung des erzeugten Wasserstoffs ca. 40 %) noch nicht die Höhe von Lithium-Ionen-Akkus oder Redox-Flow-Batterien erreicht. Der große Vorteil: Die Methode ist gut erforscht und nutzt eine vorhandene Infrastruktur. Mit Power-to-Gas lassen sich Energiereserven über besonders lange Zeit nahezu verlustfrei lagern.

Der überschüssige Strom wird nicht direkt gespeichert, sondern dazu genutzt, Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Der Wasserstoff kann direkt ins vorhandene Erdgas-Netz eingespeist und z. B. für Brennstoff-Zellen oder in Blockheizkraftwerken zur Stromerzeugung genutzt werden. Lässt man den Wasserstoff mit CO2 reagieren, erhält man Methan. Dieses kann seinerseits in Gaskraftwerken genutzt werden, um Strom zu erzeugen.

Power-to-Gas bietet gegenüber Pump-speicherkraftwerken und Druckluftspeichern den enormen Vorteil, dass Einlagerung und Transport des gespeicherten Stroms im bestehenden Erdgas-Netz stattfinden, das enorme Kapazitäten besitzt. Gegen die Kapazitäten von 200 TWh kommen alle deutschen Pumpspeicherkraftwerke mit einer kombinierten Kapazität von 0,04 TWh bei Weitem nicht an. Wenn am Ausbau der Stromnetze weiter wie bisher gespart werden soll, führt an Power-to-Gas kein Weg vorbei.

Zudem ist Power-to-Gas enorm vielseitig: Mit Methan werden Heizungen und Gasherde betrieben. Es dient als Treibstoff für Autos. Aus Wasserstoff und Methan wird Strom erzeugt. Die Auslastung deutscher Gaskraftwerke würde wieder steigen. Durch die Erzeugung synthetischen Methans aus erneuerbarem Strom wird die Umweltbilanz verbessert und Treibhausgase werden eingespart.

Der zurzeit im Vergleich zu anderen Technologien noch relativ niedrige Wirkungsgrad, der von Gegnern gerne vorgebracht wird, um Power-to-Gas hinten anzustellen, ist nur ein scheinbares Gegenargument:

Jede Technik, die die Abschaltung von Windkraftanlagen verhindert und die Speicherung von Strom ermöglicht, anstatt diesen verfallen zu lassen, ist besser als den „kostenlosen“ Strom aus Wind und Sonne gar nicht erst zu erzeugen. In jedem Fall können die Kosten für Entschädigungen an die Anlagenbetreiber reduziert werden.

 

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