Stromspeicherung

Die Speicherung elektrischer Energie erfolgt nicht direkt, sondern im Regelfall auf indirekte Weise, indem sie in mechanische oder chemische Energie umgewandelt wird, die dann im Bedarfsfall auf umgekehrtem Weg wieder abgerufen werden kann. Zur direkten Speicherung elektrischer Energie stehen heute Doppelschichtkondensatoren (elektrostatische Speicherung) oder supraleitende Spulen (elektromagnetische Speicherung) zur Verfügung.

Kondensatoren sind nicht dazu geeignet, große Mengen an elektrischer Energie zu speichern. Deshalb ist ihr Haupteinsatzgebiet in der Energiewirtschaft der sehr kurzfristige Energieausgleich bei Lastspitzen als sogenannte Sekundenreserve. Bei der Umwandlung in mechanische Energie wird die Elektrizität entweder in potentielle oder in kinetische Energie umgewandelt. Zur Speicherung in potentielle Energie dienen Pumpspeicher oder Druckluftspeicher – zur Speicherung in kinetische Energie werden Schwungradmassenspeicher verwendet, die ebenfalls als Sekundenreserven eingesetzt werden können.

Die Pumpspeicher sind derzeit die dominierende Technik zur Speicherung von elektrischer Energie. Hierzu wird, zum Beispiel zum Ausgleich von sogenannten Lasttälern, überschüssiger Strom dazu verwendet, Wasser in hohe Speicherbecken zu pumpen und damit die elektrische in potentielle Energie umzuwandeln. Bei Bedarf wird diese Energie dann durch das Herabströmen durch Turbinen wieder mit einem Wirkungsgrad von etwa 85 Prozent in Strom zurückgewandelt. Anfang 2013 waren 350 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Kapazität von 152 Gigawatt elektrischer Energie weltweit in Betrieb.

In Deutschland waren 2016 insgesamt dreißig Pumpspeicherkraftwerke mit einer installierten Gesamtnennleistung von etwa 6,550 Gigawatt in Betrieb. Die Nennleistungen der Kraftwerke reichten von einigen Megawatt (zum Beispiel 3,3 Megawatt in Wiesental) bis zu 1060 Megawatt, wie beispielsweise in Goldithal. Dem weiteren Ausbau der Pumpspeicherkapazitäten liegt der aktuelle Szenariorahmen zum Netzentwicklungsplan Strom von 2015 zugrunde. Der Plan geht bis zum Jahr 2025 in allen Szenarien von einem Zubau auf eine Kapazität von 8600 Megawatt bis 12 700 Megawatt aus. Nach Angaben des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft lag der Beitrag der Pumpspeicherkraftwerke 2015 mit 5,9 Terawattstunden bei 30,6 Prozent des Anteils der Wasserkraft an der Bruttostromerzeugung.

In Druckluftspeicherkraftwerken wird die elektrische Energie dadurch gespeichert, dass Luft in unterirdischen Kavernen auf 40 bis 75 bar gepresst wird. Im Fall eines Spitzenlastbedarfs kann diese Luft dann in ein konventionelles Gasturbinenkraftwerk eingeleitet werden. Dadurch erhöht sich die Leistungsbilanz dieser Kraftwerke deutlich, weil im Vergleich zum Normalbetrieb keine Energie mehr für die Bereitstellung komprimierter Verbrennungsluft aufgewendet werden muss. Der Wirkungsgrad ist mit etwa 42 Prozent allerdings vorerst eher bescheiden. Die Kavernen weisen Volumina von 500 000 bis 800 000 Kubikmeter auf. Diese Speichersysteme sind bisher allerdings erst in geringem Umfang realisiert, bieten aber ein großes Potential für die Zukunft, da nur bekannte Technologien zum Einsatz kommen und auch erhebliche Steigerungen des Wirkungsgrades möglich sind.

Für die chemische Speicherung elektrischer Energie kommen in erster Linie verschiedene Formen von Batterien in Frage, so vor allem die Hochtemperatur-Natrium-Schwefel-Batterien, Bleibatterien oder sogenannte Redox-Flow-Batterien, die sich derzeit weitgehend im Stadium von Demonstrationsanlagen befinden. Auch die Erzeugung von Wasserstoff in Lasttälern für den späteren Einsatz in Brennstoffzellen kommt als Speichermöglichkeit für elektrische Energie in Frage.