Innovative Methoden, Energie zu speichern

Batterie-Kraftwerke, Erdgasleitungen, im Meer versenkte Kugeln: Forscher testen innovative Methoden, um überschüssigen Ökostrom zu speichern.

Es klingt wie aus einem Roman von Jules Verne und könnte doch bald Realität werden: Riesige Betonkugeln am Meeresgrund sollen in Zukunft Strom von Offshore-Windrädern zwischenspeichern. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik haben bereits einen Prototyp getestet: eine Kugel mit drei Metern Durchmesser, die 100 Meter tief im Bodensee versenkt wurde. „Es hat genauso funktioniert, wie wir uns das vorgestellt haben“, sagt Projekt­leiter Matthias Puchta.?

Das Prinzip: Über ein großes Ventil in der Kugel strömt Wasser in den Hohlkörper und treibt eine Turbine an. Diese produziert über einen Generator Strom. Um Energie zu speichern, dreht man den Vorgang um: Dazu wird das Wasser mit überschüssigem Windstrom aus der Kugel herausgepumpt. Wird Energie benötigt, öffnet man das Ventil und die Energie des Wassers wird wieder in elektrischen Strom verwandelt.

Wind weht nicht immer

Dieser Ansatz, Energie zu speichern, ist nur einer von vielen. Wissenschaftler und Ingenieure forschen an zahlreichen Methoden, um überschüssigen Ökostrom zu speichern. Denn Wind und Sonne produzieren immer mehr Strom: 2016 deckten erneuerbare Energien schon 32 Prozent des Bruttostromverbrauchs in Deutschland ab. Bis 2050 soll ihr Anteil nach den Plänen der Bundesregierung sogar auf 80 Prozent steigen.

Das Problem: Wind weht nicht immer und auch die Sonne gönnt sich Pausen. Die Einspeisung schwankt daher, je nachdem wie viel Energie die Natur gerade liefert. Zudem decken sich die Spitzenzeiten von Wind- und Solarenergie oft nicht mit den Hauptbedarfszeiten der Stromverbraucher. Daher stellt sich verstärkt die Frage: Kann man den Strom, der gerade nicht gebraucht wird, zwischenspeichern? Pumpspeicherkraftwerke tun das seit Jahrzehnten zuverlässig: Sie nutzen den überschüssigen Strom, um Wasser aus einem tief gelegenen Bassin auf ein höheres Niveau zu pumpen. Strömt es wieder talwärts, gewinnt man über Turbine und Generator die Energie zurück. Druckluftspeicherkraftwerke verwenden statt Wasser Druckluft. Aber der Bedarf an Speicherenergie wächst und die Kapazität der vorhandenen Anlagen reicht längst nicht mehr aus.

Riesige Akkus

Die Forscher setzen unter anderem auf überdimensionale Akkus als Stromspeicher und Netzstabilisatoren. In Australien hat der US-Elektroautohersteller Tesla Ende 2017 die zu diesem Zeitpunkt weltweit größte Lithium-Ionen-Batterie in Betrieb genommen. Sie kann rund 30.000 Haushalte mit Strom versorgen und soll besonders in den heißen Sommermonaten helfen, den Strombedarf in Down-Under zu decken. Auch in Deutschland sind Batteriekraftwerke in Planung, im Bau oder in Betrieb. Wie der australische Riesen-Akku arbeiten sie nach dem Prinzip der galvanischen Zelle: Vereinfacht gesagt fließen dabei Elektronen von einem unedlen zu einem edlen Metall. In modernen Batterien sind das Aluminium und Kupfer, getrennt von einem Separator, zwischen denen Lithium-Ionen wandern.
Batterien, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten, setzen auch Betreiber von Photovoltaikanlagen immer häufiger ein. So haben sie die Möglichkeit, überschüssige Energie zu speichern und zu gegebener Zeit selbst zu verbrauchen.

Strom zu Gas

Speichern lässt sich Strom auch, wenn man ihn nutzt, um Wasser­stoff oder Methan zu erzeugen – letzteres entspricht weitgehend der Beschaffenheit von Erdgas. Vorteil des sogenannten Power-to-Gas-Verfahrens: Methan lässt sich in großen Mengen direkt im Erdgasnetz speichern und zum Heizen oder für die Stromproduktion nutzen. Das Verfahren ist allerdings aufwendig. Experten schätzen, dass ein Wirkungsgrad von maximal 50 Prozent möglich ist. Der Rest der Energie bleibt auf der Strecke. ?

Wie viele Speicher wir für die Energiewende benötigen, hängt von den Fortschritten der Digitalisierung ab. In dem Maß, wie sich Angebot und Nachfrage nach elektrischer Energie über intelligente Lösungen steuern lassen, schwindet der Bedarf an Speicherkapazitäten. So könnten Smart Meter – intelligente Zähler – Geräte wie Waschmaschine oder Geschirrspüler dann anschalten, wenn der Strom gerade günstig ist. Und das ist nur ein Beispiel aus der Vielfalt der Möglichkeiten. 

Sonnenenergie speichern

Photovoltaikanlagen liefern unschlagbar günstigen Strom. Mit Batteriespeichern lässt dieser sich sogar nutzen, wenn die Sonne nicht scheint. Lesen Sie mehr über die Kombination aus Photovoltaik und Speicher.