Wie die Energiespeicherung heute und in Zukunft aussehen könnte

Mit der Energiewende sind die Energiespeicher vermehrt in den Fokus der Aufmerksamkeit gerückt. Ein oft wiederholtes Argument ist, dass mit der Verbreitung der erneuerbaren Energien Stromengpässe drohen, da der fluktuierende Strom nicht gespeichert werden kann. Für das Argument spricht, dass die erneuerbaren Energien nur unter bestimmten Bedingungen Energie produzieren können. Im Gegenzug lassen sich die vielfältigen Speichertechnologien anführen, die bereits heute existieren und mit denen auch mehrere ertragslose Tage bis Monate überbrückt werden können.

Ein kurzer Überblick

Energiespeicher lassen sich auf zwei Achsen einteilen. Einerseits werden die Energiespeicher auf der Spannungs-Achse in Höchst-, Hoch-, Mittel- und Niedrigspannung unterteilt und andererseits auf der Technologie-Achse in elektrische, thermische, chemische und mechanische Speicherung.

Die Spannungs-Achse bezieht sich auf die jeweilige Spannungsebene jedes Verteilnetzes. Beispielsweise ist nach Petr Korba (2014) die Batteriespeicherung nur bis zur Mittelspannung (6-30 kV) und nicht für die Höchstspannung geeignet (220-380 kV). Auf dieser Ebene wird dann beispielsweise ein Pumpspeicherkraftwerk eingesetzt. Technologisch unterscheiden sich die Energiespeicher in der Art der Speicherung. Hier ist die Frage, wie und in welchem Zustand die Energiemenge gespeichert werden kann.

Arten von Energiespeicher

Unter die elektrischen Energiespeicher fällt zum Beispiel eine einfache Spule. Zu thermischen Energiespeichern werden Salzspeicher gezählt. Hierbei wird ein Medium (Salz) mittels überschüssiger Energie geschmolzen. Bei Strombedarf wird eine Dampfturbine angetrieben und das Salz kühlt sich aus und verfestigt sich wieder. Dieses Beispiel zeigt, dass bei thermischen Energiespeichern die physikalischen Zustände eines Mediums ausgenützt werden und die Energie durch einen Zustandswechsel gespeichert wird. Die wohl meistverbreiteten Energiespeicher sind chemischer Art. Dabei sind Batterien die bekanntesten Vertreterinnen. Beim Entladen wandern die Elektronen vom negativen zum positiven Pol. Beim Laden wandern sie in umgekehrter Richtung (Heinzelmann 2017). Neben der Lithium-Ionen-Batterie gibt es viele weitere Arten. Alle Batterien haben gemeinsam, dass sie mittels elektrischer Energie einen chemischen Prozess anstossen und so innerhalb der Batterie einen energetischen Unterschied erzwingen. Eine ebenfalls bekannte chemische Batterie ist die Power-to-Gas-Technologie, bei der mit elektrischer Energie zuerst eine Elektrolyse vollzogen wird und danach eine Methanisierung. Hier wird die elektrische Energie als künstliches Methangas gespeichert. Als mechanische Energiespeicher gelten unter anderem Pumpspeicherkraftwerke oder der von einem Tessiner Unternehmen entwickelte „Energy Vault“. Bei mechanischen Energiespeichern wird die Energie entweder als kinetische Energie (Schwungrad) oder als potentielle Energie (Pumpspeicherkraftwerk) gespeichert.

Ein Tessiner Unternehmen entwickelt die „Super-Batterie“

Der Energy Vault ist vergleichbar mit einem Pumpspeicherkraftwerk, dabei baut sich ein bis zu 120 Meter hoher und bis zu 35 Tonnen schwerer Turm aus Betonblöcke bei Energieüberschuss selber auf und bei Energiebedarf wieder ab. Der Turm macht sich den potentiellen Unterschied zu Nutze. Der Schweizer Erfinder Andrea Pedretti verspricht sich davon eine billigere Alternative zu Pumpspeicherkraftwerken, die dazu nicht an örtliche Gegebenheiten gebunden ist.

Einige Energiespeicher stehen heute noch vor ihrer Lernkurve (Power-to-Gas, Energy-Vault) und sind derzeit nur unter bestimmten Bedingungen wirtschaftlich. Andere befinden sich bereits mittendrin und werden durch grossangelegte Produktionsstätten (Lithium-Ionen-Batterie, Giga-Factory) wirtschaftlicher und konkurrenzfähig. Zuletzt bedarf es einer gewissen Portion Zuversicht und Optimismus: Die Technologien existieren und funktionieren, müssen aber noch den Markt durchdringen.

Quellen und weitere Informationen:
Heinzelmann, Andreas (2017): Elektrische Speicher und Leistungselektronik. Vorlesungsskript für das Studienjahr 2017/ 2018. Winterthur: ZHAW School of Enginieering.
Höllrigl, Peter (2020): Die neue Super-Batterie. Kann dieser Turm unsere Energiezukunft sichern? Zürich: SRF
Korba, Petr (2014): Integration von erneuerbaren Energiequellen ins elektrische Netz Herausforderungen und mögliche Lösungen. Winterthur: ZHAW School of Enginieering.
Pedretti, Andrea (2020): Energy Vault. Enabling a Renewable World. Lugano: Energy Vault.