Was sind Langzeitspeicher für grünen Strom?
Kohlenstoffdioxid oder Kohlendioxid (CO₂) ist ein Gas, das in natürlicher Form in der Luft vorkommt. Es entsteht allerdings auch bei der Verbrennung fossiler Energieträger, welche in den Industrienationen in großem Umfang für Produktionsprozesse, für den Transport und andere Zwecke verwendet werden. Das Problem: CO₂ gilt als Treibhausgas, weil es die Erderwärmung fördert und somit ein wesentlicher Faktor für den Klimawandel ist.
Sogenannte erneuerbare Energien (EE) aus Solar- und Windkraftwerken sind emissionsfrei, erzeugen also kein Kohlenstoffdioxid. Deshalb sollen sie vor allem bei der Stromgewinnung, aber auch hinsichtlich der Wärme- und Kälteerzeugung sowie im Verkehrsbereich (alternative Antriebskonzepte) Erdgas und Erdöl als primäre Energiequellen baldmöglichst ablösen.
Doch EE entstehen nur, solange das Wetter günstig ist. Ist das nicht so, erbringen Photovoltaik- und Windkraftanlagen keinen Strom. Andererseits erzeugen sie unter optimalen Bedingungen sehr viel davon. Manchmal mehr, als dann gebraucht wird.
Diese überschüssige Energie ließe sich bei bedecktem Himmel oder Flauten in die Stromnetze einspeisen. Dafür muss sie aber irgendwie in großem Stil gespeichert werden, damit sie bei Bedarf bereitsteht. Diese Aufgabe sollen Long-Duration Energy Storage (LDES) – zu Deutsch Langzeitspeicher beziehungsweise saisonale Speicher – übernehmen. An ihnen wird derzeit geforscht.
Die Vorteile und Nachteile von Langzeitspeichern
Sind LDES-Technologien eines Tages ausgereift, sollen sie den witterungs- und netzunabhängigen Einsatz von Wind- und Solarenergie für längere Dauer gewährleisten. Zum Beispiel nachts, wenn kein Solarstrom verfügbar ist. Damit tragen sie zur Dekarbonisierung fossiler Industrieanlagen bei, weil sie deren Strombedarf rund um die Uhr CO₂-frei mit erneuerbaren Energien decken können. Hier ein Überblick über die Einsatzszenarien mit Langzeitspeichern.
- Unterstützung bei der Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien am Energiemix
- Gewährleistung der Widerstandsfähigkeit gegenüber unzuverlässigen Netzen über lange Zeiträume (z. B. an isolierten oder netzunabhängigen Standorten)
- Ermöglichung von Power Purchase Agreements (PPA), also individuell ausgehandelter, langfristiger Stromlieferverträge für erneuerbaren Strom rund um die Uhr
- LDES-Kapazitäten können den Bau zusätzlicher Kraftwerke oder Übertragungs- und Verteilungsinfrastrukturen (zum Teil) überflüssig machen
- Die Langzeitspeicherung von Energie hat allerdings auch einige Nachteile und Probleme.
- Einer der größten Nachteile beim Einsatz eines Energiespeichersystems sind die Kosten. Während etwa die Preise für Solarmodule in den letzten Jahren deutlich gesunken sind, sind Energiespeichersysteme nach wie vor relativ teuer. Es wird jedoch erwartet, dass sie günstiger werden, da sich die Technologie verbessert und die Nachfrage steigt.
- Energiespeichersysteme erfordern eine regelmäßige Wartung, einschließlich der Überwachung des Ladezustands. Dies kann für Unternehmen, die möglicherweise nicht über die Zeit oder das Fachwissen für Wartungsarbeiten verfügen, schwierig sein.
- Energiespeichersysteme haben eine begrenzte Lebensdauer, die je nach verwendeter Technologie typischerweise zwischen 5 und 15 Jahren liegt. Wenn beispielsweise Batterien das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, müssen sie ausgetauscht werden, was kostspielig und zeitaufwendig sein kann.
- Ein Teil des Stroms muss für den Speichervorgang selbst verwendet werden.
Diese Langzeitspeicher-Technologien haben derzeit Potenzial
Die Kapazität von Langzeitspeichern muss erheblich wachsen, damit Unternehmen in großem Maßstab klimaneutral werden. Folgende Technologien haben nach aktuellem Stand dafür Potenzial.
- Pumpwasserkraft: Mit Strom wird Wasser in ein Reservoir gepumpt. Wenn Wasser aus dem Reservoir freigesetzt wird, fließt es durch eine Turbine nach unten, um Strom zu erzeugen.
- Druckluft: Mithilfe von Elektrizität wird Luft stark komprimiert und häufig in unterirdischen Höhlen gespeichert. Wenn der Strombedarf hoch ist, wird die Druckluft freigegeben, um über einen Expansionsturbinengenerator Strom zu erzeugen.
- Schwungräder: Elektrizität wird verwendet, um ein Schwungrad (eine Art Rotor) zu beschleunigen, wodurch die Energie als kinetische Rotationsenergie erhalten bleibt. Wenn Energie benötigt wird, wird die Drehkraft des Schwungrads genutzt, um einen Generator anzutreiben. Einige Schwungräder verfügen über Magnetlager, arbeiten im Vakuum, um den Luftwiderstand zu reduzieren, und können Drehzahlen von bis zu 60.000 Umdrehungen pro Minute erreichen.
- Batterien: Ähnlich wie herkömmliche Akkus können sehr große Batterien Strom speichern, bis er benötigt wird. Diese Systeme können Lithium-Ionen-, Blei-Säure-, Lithium-Eisen- oder andere Batterietechnologien verwenden.
- Wärmeenergiespeicher: Aus Strom lässt sich thermische Energie erzeugen, die sich speichern lässt. Beispielsweise kann Strom zur Herstellung von gekühltem Wasser oder Eis in Zeiten geringer Nachfrage und später zur Kühlung in Zeiten des Spitzenstromverbrauchs verwendet werden.
- Power-to-X: Darunter versteht man die Umwandlung von Strom in einen anderen Energieträger. Eine Methode ist der Wasserstoffspeicher. Hier wird aus Wasser und dem erzeugten Solarstrom Wasserstoff hergestellt. Dieser wird dann gelagert, bis der Strom wieder benötigt wird.
Zusätzlich zu diesen Technologien werden derzeit neue Technologien entwickelt, beispielsweise Flow-Batterien, Superkondensatoren und supraleitende magnetische Energiespeicher.
