Speicher für erneuerbare Energien: Thema heute und in Zukunft

Energiespeicher sind entscheidend für den Einsatz von erneuerbaren Energien im großen Stil – Grund dafür ist ihr schwankendes Angebot je nach Laune der Natur. Das Cluster Erneuerbare Energien Hamburg stellt die vier wichtigsten Speichertypen und zwei preisgekrönte Pilotprojekte vor.

Wind oder Flaute, Tag oder Nacht – erneuerbare Energien sind abhängig von natürlichen Bedingungen, stehen damit mal im Überfluss, mal gar nicht zur Verfügung und müssten – um den weiteren Ausbau zu schaffen – je nach Bedarf in kleinerem oder größerem Stil gespeichert werden. Auf der WindEnergy Hamburg, der internationalen Leitmesse der Windenergie, die vom 27. bis 30. September in Hamburg stattfindet, wird dies eines der zentralen Themen sein. „Das Ziel ist noch nicht erreicht; die Branche befasst sich aber offen und intensiv mit dem Speicherthema, und viele Lösungen sind bereits vorhanden“, sagt Jan Rispens, Geschäftsführer vom Cluster Erneuerbare Energien in Hamburg. Das Ziel der Bundesregierung sieht vor, dass der Anteil der erneuerbaren Energien bis 2050 mindestens 80 Prozent des Energiehaushalts ausmacht. Um dies zu realisieren, benötigt man perspektivisch zunächst kleinere Speicher, um das Netz lokal zu stützen sowie beim steigenden Anteil effektive Mittel- und Langzeitspeicher. „Es werden noch viele Wind- und Solarparks gebaut werden – wir brauchen daher passende Speicherlösungen und natürlich auch die dazu passenden gesetzlichen Rahmenbedingungen“, ergänzt Rispens.

Welche unterschiedlichen Speichertypen gibt es?

Batteriespeicher: Mehr und mehr auch für größere Stromsysteme geeignet

Batterien werden momentan hauptsächlich in kleineren Stromsystemen in Einzel- oder Mehrfamilienhäuser eingesetzt. Aufgrund einer geringen Anzahl möglicher Ladezyklen sind die Gesamtkosten bei Batterien noch recht hoch. Zudem verringert sich die Speicherkapazität durch häufiges Laden und Entladen. Ihre Einsatzmöglichkeiten in Stromsystemen sind daher eingeschränkt. Neuere Batterietechnologien weisen bereits eine höhere Anzahl möglicher Ladezyklen und größere Speicherkapazität auf. Die verhältnismäßig hohe Energiekosten, und eine immer noch geringe Anzahl an Ladezyklen erschweren derzeit jedoch noch einen wirtschaftlichen Einsatz in größeren Stromsystemen. In letzter Zeit sind aber auch etliche große Batteriespeicher in Betrieb gegangen, die das lokale Netz unterstützen – die Technik entwickelt sich schnell.

Pumpspeicher: Technisch ausgereift

Bei der Pumpspeichertechnik wird Wasser in ein hoch gelegenes Becken gepumpt und dort aufbewahrt. Dies ist die technisch bewährteste und am meisten eingesetzte Speichertechnologie bisher. Bei Bedarf wird Wasser abgelassen und mit Hilfe einer Turbine und eines Generators Strom erzeugt. Es gibt jedoch einschränkende Faktoren beim künftigen Ausbau: Naturschützer haben Bedenken aufgrund des massiven Eingriffs in die Landschaft. Außerdem gibt es wegen der notwendigen, topologischen Eigenschaften nur noch sehr wenige potentielle neue Standorte für Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland. Technisch lassen sie sich flexibel steuern und sind schnell einsatzbereit. Sie können daher zuverlässig verschiedene Arten von Regelenergie bereitstellen. Regelenergie hält die Frequenz im Stromnetz konstant und sichert die Stabilität des Stromsystems.

Power-to-Heat : Umwandlung von Strom in Wärme

Bei diesem Verfahren wird bei einer Überspeisung des Stromnetzes durch erneuerbare Energien der überschüssige Strom in Wärme umgewandelt. Dabei dienen Power-to-Heat-Anlagen (PtH-Anlagen) nicht nur der Netzstabilität, sondern auch der Reduktion von Kohlenstoffdioxidemissionen. Da bei dieser Technik mit relativ geringen Investitionskosten Strom aus erneuerbaren Energien integriert wird, reduzieren PtH-Anlagen die Leistung fossiler Heizkraftwerke in Nah- und Fernwärmesysteme und senken damit die CO2-Emission. Diese Anlagen sind eine vergleichsweise kostengünstige Technologie und gleichzeitig eine wirtschaftlich schon heute attraktive Option für die Stabilisierung des deutschen Stromnetzes, die in den nächsten Jahren immer wichtiger werden wird. Überschüssiger Strom könnte direkt in Wärmespeicher gespeichert werden, aber kann auch genutzt werden, um elektrische Wärmepumpen anzutreiben, die damit Umgebungswärme aus dem Erdreich oder aus der Luft aufnehmen. Damit könnte sich die Wärmeausbeute des eingesetzten Stroms künftig nochmal deutlich erhöhen.

Power-to-Gas: Energie speichern mit Strom und Wasser

Bei dieser Technik wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und manchmal in einem weiteren Schritt in Methan umgewandelt. Diese gasförmige Stoffe können in das bestehende Erdgasnetz eingespeist und dort gespeichert werden. Das Power-to-Gas-Verfahren kann durch die Kopplung an das vorhandene sehr große Erdgasnetz eine Speicherreichweite von mehreren Monaten sowie eine große Speicherkapazität für überschüssige Energiemengen bereitstellen. Auf Grund der identischen Eigenschaften und chemischen Struktur von fossilem und erneuerbarem Methan kann das Erdgasnetz für Transport und Speicherung großer Energiemengen genutzt werden. Ein weiterer möglicher Vorteil der Power-to-Gas-Verfahren liegt in der Verwertung von in der Industrie oder in Kraftwerken (auch Biomassekraftwerken) erzeugten Kohlenstoffdioxids. Durch die Technik, es zusammen mit Wasserstoff in Methan zu transformieren, steht ein Verfahren zur Verfügung, durch das Kohlenstoffdioxid quasi „recycelt“ werden kann. Jedoch ist diese Technologie noch verhältnismäßig teuer.

Zwei preisgekrönte Pilotprojekte als Beispiel für Deutschlands Fortschritt:

Der SILYZER von der Siemens AG:

Das größte am Markt verfügbare und standardisierte PEM-Elektrolyse-System (PEM = Proton Exchange Membrane) – der SILYZER – brachte der Siemens AG den German Renewables Award 2015 in der Kategorie „Produktinnovation des Jahres“ ein. Mit Hilfe von Elektrolyse lässt sich überschüssiger erneuerbarer Strom hochflexibel in Wasserstoff umwandeln, der bei Bedarf gespeichert werden kann. Wasserstoff ist für die Industrie und im Mobilitätssektor in Verbindung mit der Brennstoffzelle für eine spätere Rückverstromung vielseitig einsetzbar. Weitere Informationen: http://www.industry.siemens.com/topics/global/de/pem-elektrolyseur/silyzer/seiten/silyzer.aspx

Die SmartRegion Pellworm:

Die Bedeutung intelligenter Speicher in der lokalen Energieversorgung unterstreicht das Projekt SmartRegion Pellworm, Sieger in der Rubrik „Projekt des Jahres“ beim German Renewables Award 2015. Die Hanse Werk AG und die Schleswig-Holstein Netz AG haben über Jahrzehnte auf der Nordseeinsel ein Versorgungssystem geschaffen, das sich durch einen hohen Einsatz erneuerbarer Energien auszeichnet. In der Jahresbilanz wird die rund dreifache Menge an Elektrizität aus Erneuerbaren Energien erzeugt wie verbraucht, auch durch den Einsatz mehrerer innovativer Speichersysteme mit Batteriespeicher sowie einer Redox-Flow-Batterie, gesteuert mit einer intelligenten Leittechnik. Die 37 km² große Insel ist mit zwei Seekabeln an das Festland angebunden.

Quelle: Erneuerbare Energien Hamburg Clusteragentur GmbH