Energie auf Vorrat

Wenn Ernst gemacht werden soll mit der drastischen Reduzierung des CO2-Ausstoßes, müssen erneuerbare Energien stärker genutzt werden. Kritiker führen häufig an, dass es vor allem zu wenig Energiespeicher gibt, um dies zu realisieren. Herkömmliche Kraftwerke können ihre Leistung auf Bedarfsschwankungen ausrichten. Doch wie lässt sich Strom aus Wind, Wasser und Sonne sinnvoll speichern? Droht der Energienotstand, wenn die Sonne nicht scheint und kein Wind weht? WDR.de erklärt, welche Verfahren es gibt und wie viel Potenzial sie haben.

Der Klassiker: Pumpspeicherkraftwerke

In Pumpspeicherkraftwerken wird elektrische Energie im großen Stil gespeichert. Das Grundprinzip besteht darin, den Höhenunterschied zwischen zwei großen Speicherseen zu nutzen. Zunächst treibt die Energie, die gespeichert werden soll, Pumpen an, die das Wasser auf das höhere Niveau bringen. Dort wird es zwischengelagert und bei Bedarf wieder auf ein niedrigeres Niveau abgelassen - wobei Turbinen Strom freisetzen, der dann ins Netz eingespeist und genutzt werden kann. "In Deutschland genutzter Strom wird vor allem im thüringischen Goldisthal, im Schwarzwald und im luxemburgischen Vianden gespeichert", erklärt Dirk Uwe Sauer, Juniorprofessor für Elektrochemische Energieumwandlung und Speichersystemtechnik an der RWTH Aachen.

Pumpspeicherkraftwerke haben den Vorteil, dass es sich um eine langlebige, etablierte Technik handelt. Allerdings sind sie enorm teuer: Der Bau des 2003 in Betrieb genommenen Speicherkraftwerks in Goldisthal kostete 620 Millionen Euro. Zudem haben diese Speicher einen extrem hohen Flächenbedarf und kommen deshalb nur an wenigen Standorten in Frage. Der Wirkungsgrad dieser Anlagen liegt zwischen 70 und 80 Prozent, das bedeutet, 20 bis 30 Prozent der ursprünglichen Energie gehen durch die Speicherung verloren.

Der Hoffnungsträger: Druckluftspeicher

Weltweit gibt es nur zwei der so genannten Druckluftspeicher. Einer steht in den USA, der andere im niedersächsischen Huntorf. In diesen Anlagen wird Luft komprimiert, in unterirdische Hohlräume, so genannte Kavernen, geleitet und dort gelagert. Bei Bedarf wird die Luft auf Turbinen geleitet, die Strom erzeugen. Das Komprimieren setzt viel Wärme frei, daher muss gekühlt werden. Bei der Expansion wiederum muss Wärme zugesetzt werden, da ansonsten die Anlagen einfrieren würden. Der Wirkungsgrad dieser Anlagen liegt bei lediglich 54 Prozent.

Druckluftspeicher neueren Typs, so genannte Adiabaten, gelten besonders in Deutschland als Hoffnungsträger. Sie können die Komprimierungs-Wärme einspeichern und bei der Expansion wieder verwenden. Damit erreichen die Anlagen einen höheren Wirkungsgrad von rund 70 Prozent. Gerade hierzulande ist diese Technik interessant, weil es in Norddeutschland viele alte Salzspeicher gibt, die als Kavernen geeignet sind.

Die Kleinen: Batteriespeicher

Doch Energie muss nicht immer im großen Stil gespeichert werden. Bei den kleineren Speichern sehen Experten vor allem Batterien auf dem Vormarsch. Viel geforscht wird derzeit auf dem Automobil-Sektor mit so genannten Plug-in-Hybriden: Autos, die sowohl mit einem Verbrennungsmotor als auch mit einer Lithium-Ionen-Batterie ausgestattet sind. Diese Autos lassen sich per Kabel an der Steckdose "auftanken". Da Fahrzeuge häufig nicht bewegt werden, kann man die Batterie auch für den Hausgebrauch nutzen. Die Kapazität einer solchen Batterie beträgt rund zehn Kilowattstunden, das entspricht dem Tagesverbrauch eines Durchschnittshaushalts. Hätten zehn Prozent der Fahrzeuge so einen Speicher, hat Experte Sauer berechnet, entspräche dies der Kapazität aller Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland.

Knackpunkt hier: Es müssen noch intelligente Systeme entwickelt werden, damit die Batterien dann aufgeladen werden können, wenn es Überschüsse aus regenerativen Energiequellen - zum Beispiel aus den geplanten Offshore -Windparks - gibt.

Die Flüssigen: Redox-Flow-Zellen

Redox-Flow-Systeme bestehen aus zwei großen Flüssigkeits-Tanks. Bei der Flüssigkeit handelt es sich um ein Elektrolyt, das den Strom leitet und in dem die elektrische Energie chemisch gespeichert wird. Bei Bedarf wird die Flüssigkeit über eine Reaktionseinheit geleitet, die Energie aufnimmt oder abgibt. Der Bau der Tanks für Redox-Flow-Systeme ist laut Sauer einfach und effektiv, die Technik eignet sich für die Industrie, aber auch für mehrere Haushalte oder ganze Stadtviertel. Der Wirkungsgrad solcher Systeme kann zwischen 80 und 85 Prozent betragen.

Der Knackpunkt: Transport

Nicht nur das Speichern von Energie ist eine Herausforderung, auch der Transport. Wenn beispielsweise die ersten Offshore-Windkraftanlagen ans Netz gehen und bei kräftigem Wind ein Energieüberschuss produziert wird, ist es sinnvoller, den Strom Richtung Süden zu leiten, als ihn zwischenzuspeichern. Dabei geht nämlich viel Energie verloren. Beim Transport durch Stromkabel beträgt laut Sauer der Verlust nur fünf Prozent auf 1.000 Kilometern.

Sinnvoll wäre aus Expertensicht der großräumige, internationale Austausch von Strom aus erneuerbaren Energien. Dann könnte etwa bei Flaute Solarstrom aus Nordafrika importiert werden. Allerdings ist das europäische Stromnetz bisher noch nicht auf diese Art von Handel ausgerichtet. Bisher können in Deutschland nur 15 Prozent des Strombedarfs über die Grenzen importiert werden. Es fehlen klare politische Signale und Rahmenbedingungen für mögliche Investoren, um den Ausbau des Stromnetzes attraktiv zu gestalten - auch das ist ein Thema auf der Bonner Konferenz. "Die technischen Lösungen, regenerative Energie zu speichern, gibt es", betont Dirk Uwe Sauer. Doch zum Nulltarif seien neue, ausgefeilte Technologien nicht zu haben. Sauer geht davon aus, dass es künftig einen Mix verschiedener Speichertechniken geben wird. Bis zur Serienreife sei aber noch einiges an Investitionen und Forschung nötig.