Stromspeicher-Varianten

Volatile, erneuerbare Energiequellen speisen zunehmend mehr ins Stromnetz ein. Lässt sich Strom für Mangelzeiten speichern? Die eine Antwort gibt es nicht, aber ein Bündel an Möglichkeiten.

Die öffentliche Stromversorgung hat seit mehreren Jahren damit zu kämpfen, dass sich die Zahl der Einspeiser vervielfacht hat und sich der Strombedarf der privaten Endkunden zunehmend verschiebt. War über viele Jahrzehnte die Lastspitze zur Mittagszeit, wenn landauf, landab gekocht wurde, sorgen inzwischen veränderte Gewohnheiten dafür, dass eher abends gekocht wird, wenn der Strom aus Photovoltaik-Anlagen, welcher die Mittagsspitze gut abdecken konnte, nur noch in eingeschränktem Maße zur Verfügung steht.

Wer jetzt in einem zeitweisen Lastabwurf kein zeitgerechtes Modell für die künftige Stromversorgung sieht, muss sich Gedanken machen, wie die Unterschiede zwischen Stromangebot und Stromnachfrage künftig ausgeglichen werden sollen. Meist wird dabei auf Stromspeicher verwiesen, doch es gibt durchaus auch noch andere Möglichkeiten, wie man die Herausforderungen meistern könnte.

Die zeitnahe Auflistung der Speicherfüllstände im Webangebot des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) zeigt zwar eindrücklich, welche Unterschiede bei der aktuellen Stromspeicherung in den öffentlichen Netzen in der DACH-Region bestehen, konzentriert sich dabei jedoch auf die (Pump-)Speicherkraftwerke.

Pumpspeicherkraftwerke

In Pumpspeicherkraftwerken wird traditionell in Zeiten, wenn der Strom billig ist, Wasser aus einem tiefer liegenden Reservoir in ein höheres Speicherbecken gepumpt. Wenn der Bedarf an Strom größer ist als das Stromangebot wird das Wasser über Turbinen geleitet und über Generatoren wieder Strom erzeugt.

Die meisten Pumpspeicherkraftwerke stammen noch aus der Zeit der Großkraftwerke, wo sie schnell einspringen konnten, wenn ein Großkraftwerk ausgefallen ist und die Zeit überbrücken konnten, die benötigt wurde, ein thermisches Reserve-Kraftwerk auf das Netz zu schalten.

Daneben werden die meist mit Synchrongeneratoren ausgerüsteten Kraftwerke auch im sogenannten Phasenschieberbetrieb gefahren. Eine direkte Verknüpfung zwischen Windkraft und Pumpspeicher wurde kürzlich mit der Windkraftanlage im württembergischen Städtchen Gaildorf realisiert.

Stauseen

Ein weiteres Element zum Ausgleich des Lastgangs im Stromnetz sind die zumeist im Hochgebirge wie den Schweizer und österreichischen Alpen angelegten Stauseen, deren Wasser durch natürliche Zuläufe in den See gelangt. Vielfach liegen diese Speicherseen unterhalb eines Gletschers, der in der kalten Jahreszeit ebenfalls Niederschlag speichert, der dann mit der Schmelze in dem Staubecken aufgefangen wird. Da die alpinen Gletscher sich seit Jahren zurückziehen, nimmt die in den Gletschern gespeicherte Niederschlagsmenge laufend ab.

Ob sich der Betrieb solcher Speicherkraftwerke künftig noch lohnt, ist durchaus umstritten. Der schweizerische Kraftwerkskonzern konnte für seine Kraftwerke keinen Partner finden, der geholfen hätte, die derzeitige Wirtschaftlichkeitslücke zu überbrücken und hat daher sein Industriegeschäft an den französischen Baukonzern Bouygues verkauft.

Batteriespeicher im Netz

In Deutschland sind mehrere Dutzend Batteriespeicheranlagen im Netz in Betrieb Die Mehrzahl davon sind mit Lithiumionenbattereien ausgestattet, deutlich weniger arbeiten mit Bleibatterien oder Redox-Flussbatterien. Natrium-Schwefel-Zellen kommen nur in zwei Anlagen zum Einsatz. Die netzgesteuerten Speicheranlagen sind inzwischen im Gegensatz zu den privaten Speichern im Einfamilienhäuschen von der Stromsteuer befreit.

Von der halbstaatlichen Deutschen Energieagentur dena in Berlin gibt es eine umfangreiche Studie zu den Batteriespeichern im Netz unter dem Titel "Optimierter Einsatz von Speichern für Netz- und Marktanwendungen in der Stromversorgung (dena-Netzflexstudie). Einen Überblick über die laufenden Forschungsprojekte zu Batteriespeichern in Deutschland findet man auf der Seite Energie-Speicher.

Kundennahe, dezentrale Batteriespeicher

Die meisten Batteriespeicher stehen heute in privaten Haushalten. Der Bundesverband Solarwirtschaft (BSW) spricht von mehreren Zehntausend in Deutschland. Sie haben zumeist eine Leistung von von 3,5 kW und eine Kapazität von ca. 8 kWh. Die häufig eingesetzten Lithiumionenzellen stellen im Brandfall ein Problem dar, mit welchem sich viele Freiwillige Feuerwehren noch nicht befasst haben. Daher suchen die Batteriespeicheranbieter nach Alternativen. So liefert die Firma sonnenBatterie in Wildpoldsried Batteriespeicher mit Lithium-Eisenphosphat-Akkus.

Biogasanlagen gegen die Dunkelflaute

Die von zahlreichen besorgten Bürgern im Zusammenhang mit der Energiewende und dem verstärkten Einsatz von Erneuerbaren wie Windkraft und Photovoltaik immer wieder angeführte Angst vor einer sogenannten Dunkelflaute lässt sich mindern, wenn man für solche Fälle eine Kraftwerksanlage vorhält, deren Brennstoff ebenfalls erneuerbar ist und gespeichert werden kann.

Gerade in ländlichen Gebieten, wo heute auch die Mehrzahl der Windkraft- sowie Photovoltaik-Anlagen stehen, lassen sich Biogasanlagen zumeist sehr gut in das Verteilnetz einbinden. Hierbei hilft es deutlich, wenn die Verteilnetze als zelluläre Netze aufgebaut sind. Wie gut sich die unterschiedlichen erneuerbaren Energien ergänzen, kann man aktuell in Wildpoldsried verfolgen.

Power2Gas und Gas2Power

Schon länger in der Diskussion befinden sich die Lösung mit Hilfe des überschüssigen Stroms Gas zu erzeugen, das deutlich besser speicherbar ist als Strom und zudem bis zu einem bestimmten Umfang auch in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden kann. Die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen hängt neben den Anlagenkosten auch von den betrieblichen Rahmenbedingungen ab. Noch deutlich jenseits einer wirtschaftlichen Realisierung steht die "Rückumwandlung" in Strom als Gas2Power.

Sektorkopplung

Im Rahmen der Diskussion um die Smart Grids hat sich nicht zuletzt im Zusammenhang mit den kommunalen Querverbundunternehmen der Blick zunehmend auf die sogenannte Sektorkopplung gelenkt. Hierbei werden Energieangebot und -nachfrage unter dem Aspekt der wirtschaftlichen Deckung der Energienachfrage im Verbund betrachtet.

So ist es in vielen Fällen wirtschaftlich, überschüssigen Strom nicht in teuren Batteriespeichern zwischenzulagern, sondern damit Wasser zu erwärmen, das klassischerweise mit Erdgas erwärmt wird. Das in dem aktuellen Fall nicht benötigte Gas lässt sich deutlich kostengünstiger speichern als der Strom.

Das Beispiel der Sektorkopplung zeigt, dass es durchaus sinnvoll ist, die Energieversorgung nicht nur einseitig unter dem Aspekt der einzelnen Energieträger und Technologien zu optimieren.