Energiespeicher

Eine Übersicht aus der Schweiz

Die Energiespeicherung ist ein Schlüssel und elementar für das Gelingen der Energiewende. Konventionelle Energieträger wie Öl, Gas, Kohle, Atomkraft sind lagerbar und können auf Abruf eingesetzt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil und ermöglicht, Energie entsprechend der Nachfrage bereitzustellen. Dagegen ist die Erzeugung erneuerbarer Energie nicht konstant. Saisonale (Sommer-Winter) und kurzfristige (Tag-Nacht) Schwankungen sowie die Wetterunsicherheit führen zu einem sich stark ändernden Angebot, weshalb in der Regel eine Pufferung der Energie unabdingbar ist. Grundsätzlich ist es technisch machbar, einen bedeutenden Teil der heute konventionell erzeugten Energie mit sauberen Techniken bereitzustellen. Es nützt jedoch nichts, wenn wir prinzipiell genug Energie haben, aber zur falschen Zeit und am falschen Ort. Die Herausforderung ist deshalb die Zwischenspeicherung, um Phasen mit wenig Energieproduktion zu überbrücken.

Heute sind verschiedene Speichertechnologien im Einsatz. Die Zusammenstellung auf der zweiten Seite gibt einen Überblick über die bekanntesten Speichertechnologien:

Lithium-Ionen-Batterien sind weit verbreitet, z.B. in elektronischen Geräten wie Kameras und Handys. Auch in Elektrofahrzeugen werden sie als Stromspeicher eingesetzt. Der Preis für die Energiespeicherung ist sehr hoch. Zyklierfähigkeit und Lebensdauer sind stark eingeschränkt. Insgesamt erachten wir das Potenzial dieser Speichertechnologie als stark überschätzt.

Bleibatterien erfüllen vorwiegend in Fahrzeugen die Funktion als Stromspeicher. In einer handelsüblichen Fahrzeugbatterie kann nur rund 1 kWh gespeichert werden. Für eine großflächige Verbreitung, z.B. für die Speicherung von nicht konstant anfallendem Photovoltaikstrom bei Einfamilienhäusern, sind Bleibatterien aufgrund ihres hohen Preises und begrenzter Verfügbarkeit der nötigen Rohstoffe nicht geeignet.

Pumpspeicher-Kraftwerke stellen zurzeit die einzige großstechnisch anwendbare Speichermöglichkeit für Strom dar. Stromüberschüsse können künftig beispielsweise an sonnigen Tagen eingespeichert und bei späterem Bedarf wieder verstromt werden. Mehrere Grossprojekte in den Alpen sind aktuell in Bau und Planung. Es handelt sich um eine bewährte Technologie mit langer Lebensdauer und unbegrenzter Zyklierfähigkeit. Es stellen sich aber Fragen betreffend Landschafts- und Gewässerschutz.

Wasserwärmespeicher stellen den preiswertesten und gangbarsten Weg für die Wärmespeicherung dar. Die Kosten für kurzzeitige bis saisonale Energiespeicherung sind tief. Solarthermieanlagen mit Wasser gefüllten Stahlbehältern als Energiespeicher haben sich zur Beheizung von Gebäuden und Warmwasseraufbereitung bewährt. Sie bieten Vorteile wie unbegrenzte Zyklierfähigkeit, genügende Verfügbarkeit von Rohstoffen zur Herstellung der Anlagen sowie eine lange Lebensdauer. Wenn die Abwärme (Isolationsverluste) genutzt wird, kann die Energie mit sehr hohem Wirkungsgrad (bis praktisch 100%) gespeichert werden.

Andere Energiespeicher wie Schwungräder, Druckluft, elektrisch erzeugter Wasserstoff, Latentspeicher etc. haben zum Teil seit Jahrzehnten noch einen großen Entwicklungsbedarf, physikalisch wenig Potenzial oder sind anderweitig kaum geeignet und deshalb im Bereich der Hoffnungen und Wünsche. Für saisonale Energiespeicherung könnte aus aktueller Sicht am ehesten eine solar gespeiste Wasserstoff-Wirtschaft eine Rolle spielen, dies jedoch zu weit höheren Energiepreisen als heute. Zudem ist der Gesamtwirkungsgrad relativ gering.

Im Zusammenhang mit der Energiewende ist wichtig, dass Elektrizität nur 24% des Gesamtenergieverbrauchs (Schweiz) ausmacht. Energie ist also nicht nur Strom. Strom ist veredelte Energie, d.h. muss zuerst aus einer anderen Energieform wie Wärme oder Bewegung umgewandelt werden. Um die Abhängigkeit von Strom abzubauen, müssen Substitutionspotentiale genutzt werden. Beispielsweise kann ein Wohngebäude statt mit einer strombetriebenen Wärmepumpe auch direkt ohne Umwandlung der Energieform mit Wärme (z.B. Solarthermie) beheizt werden. Holz eignet sich ebenfalls als Energiespeicher für die dezentrale Verwendung. Allerdings ist wichtig, dass Holz nur dann genutzt wird, wenn die anderen erneuerbaren Energien nicht zur Verfügung stehen und keine Übernutzung der Wälder stattfindet.

Übersicht über einige Speichertechnologien

Kurzzeitspeicher: von Tag zu Nacht                                       1 bis   3 Tage
Mittelzeitspeicher: v. Schönwetterphase z. Sch-w-ph.         10 – 30 Tage
Saisonspeicher: von Herbst bis Ende Winter                            – 100 Tage

Medium Spei-
cher-
kapa-
zität
kWh/m3
Inve-
stition
CHF/m3
Inve-
stition
CHF/kWh
Speicher-
kapa-
zität
Energie-
kosten
für Sai
-sonspei-
cherung
CHF/kWh
Verfüg-
barkeit
der –
Roh-
stoffe
Zyklen Lebens-
erwar-
tung in
Jahren
Lithium-
Ionen-
Batterie

400

160.000

400

40

sehr be
grenzt

500 bis 1000

5 bis 10

Blei-
Batterie

125

15.000

150

20

sehr be
grenzt

500 bis 1000

5 bis 10

Wasser Pump-
speicher-
kaftwerk

2.7 (Fall-
höhe 1000 m)

135

50

0.50

un
kritisch

unbe
grenzt

> 100

Wasser
Wärme-
speicher
(Stahl-
behälter)

70 (bei Delta T 60°C)

500

7

0.10

un
kritisch

unbe
grenzt

75

Fazit

Die Kapazitäten, um Energie zwischen zu speichern für eine spätere Nutzung in einer Phase mit wenig Energieangebot, müssen massiv erhöht werden. Zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende sind erprobte, bezahlbare und umweltfreundliche Speichertechnologien nötig.

Eine örtliche Speicherung elektrischer Energie ist nur in Batterien möglich. Mit den vorhandenen Randbedingungen (Umweltbelastung, Ressourcenaufwand, Lebensdauer, Zyklierfähigkeit, Kosten) ist dies jedoch noch eine absurde Idee mit sehr beschränktem Potenzial. Die aktuell einzige praktikable Möglichkeit, erneuerbaren Strom zu speichern und so die Produktionsspitzen auszunutzen, besteht im Bau von großen Pumpspeicherkraftwerken.

Des Weiteren sind dezentrale Solarthermieanlagen mit Wasserwärmespeichern die umweltschonendste Technologie, sowohl in Bezug auf Ressourcenverschleiß wie auch Landschaftsschonung.

Josef Jenni / Jenni Energietechnik AG / T +41 34 420 30 00 / www.jenni.ch
->Quelle: http://www.jenni.ch/pdf/Energiewende_Speicherfrage.pdf