Symbol einer vollen Strombatterie in schwarz und weiß mit darauf zeigenden Pfeilen von beiden Seiten
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Energiespeicher

Speicher

Die Speicherung von Energie ist eine Voraussetzung für den kompletten Umstieg auf erneuerbare Energien. Speicher haben damit eine wichtige Funktion für die Energiewende.

Speicher machen es möglich, die Nutzung von Energie vom Zeitpunkt der Erzeugung zu entkoppeln. So können Angebot und Nachfrage jederzeit zusammengebracht werden. Das ist an sich nichts Neues: Jedes mobile elektronische Gerät funktioniert mit Batterien oder Akkus, und Warmwasser für den Hausgebrauch wird seit jeher oftmals in Kesseln vorgehalten. Auch die Energiespeicherung in großem Stil, etwa in Pumpspeicherkraftwerken, gibt es schon lange. Im Zuge der Energiewende kommen jedoch neue Techniken hinzu

Wasserspeicher Edersee Staudamm im Sauerland, Nordhessen
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Strom

Stromspeicher: Großbatterie-Anlage in rot steht im Freien
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In Zukunft wird die Speicherung von Strom in großem Stil notwendig sein, um die Verfügbarkeit zu jeder Zeit und damit die Versorgungssicherheit zu gewährleisten und die Stromnetze stabil zu halten. Schätzungen zufolge tritt das ein, sobald mehr als 60 Prozent des Stroms in Deutschland aus erneuerbaren Energien stammen. Die wichtigsten Quellen sind Wind- und Solarenergie, die natürlichen Schwankungen unterliegen.

Eigenverbrauch erhöhen

Sogenannte Prosumer, die Strom sowohl erzeugen – etwa mit einer Photovoltaikanlage – als auch verbrauchen, können mit Hilfe von Speichern ihren Eigenverbrauch erhöhen. Da bei neueren Anlagen aufgrund der geringeren staatlichen Förderung der Eigenverbrauch lukrativer ist als die Einspeisung ins Stromnetz, kann sich das für Erzeugerinnen und Erzeuger rechnen. Andererseits sind Heimspeicher noch recht teuer, die Kosten sinken aber mit den steigenden Verkaufszahlen.

Für die Speicherung von Strom gibt es mehrere Möglichkeiten. Die eine funktioniert mechanisch und wird zur Speicherung großer Strommengen über lange Zeit genutzt. Die am weitesten verbreitete Technik dafür sind Pumpspeicher. Sie pumpen Wasser aus einem tiefer gelegenen Becken in ein höheres. Bei Bedarf wird das Wasser abgelassen und treibt Turbinen zur Stromerzeugung an. In Hessen gibt es die beiden Pumpspeicherwerke Waldeck 1 und Waldeck 2 an der Eder im Landkreis Waldeck-Frankenberg.

Druckluftspeicher funktionieren ähnlich, nur dass bei dieser Technik mittels Strom Luft komprimiert wird, die bei Bedarf Turbinen antreibt. Sie sind bislang wenig verbreitet.

Eine Besonderheit stellen sogenannte Redox-Flow-Batterien dar: Das Medium, in dem die Energie gespeichert wird, ist nicht wie bei Akkus zwischen den Elektroden fest verbaut, sondern in getrennte Tanks ausgelagert. Dadurch sind Leistung und Speicherkapazität unabhängig voneinander und können auch nachträglich geändert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die räumliche Trennung fast keine Selbstentladung stattfindet. Redox-Flow-Batterien eignen sich somit auch als Langzeitspeicher.

Eine dritte Möglichkeit ist die Umwandlung von Strom in Wasserstoff mittels Elektrolyse. Dieser wird auch als „stofflicher“ Energiespeicher bezeichnet. Zudem gibt es noch weitere Technologien wie beispielsweise Schwungmassenspeicher.

Energiespeicher: Batterieanlage zur Stromspeicherung mit Leitungskabeln in rot und blau
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Wärme

Wie Stromspeicher sind auch Wärmespeicher ein wichtiger Baustein der Energiewende. Denn auch sie können regenerative Energie für Zeiten sichern, in denen sie nicht im erforderlichen Maß erzeugt wird. Wärmespeicher reichen von kleinen Anlagen in Einfamilienhäusern bis zu großen Anlagen an Kraftwerken. Es gibt Speicher, die Wärme über kurze Zeit speichern und solche, die langfristig arbeiten, etwa im Jahreszeitenzyklus. Die einen speichern niedrige Temperaturen, wie sie für eine Raumheizung gebraucht werden, andere können hohe Temperaturen von mehr als 500 Grad Celsius für industrielle Anwendungen aufnehmen.

Pufferspeicher

Ein typisches Beispiel für den Hausgebrauch ist ein Warmwasser-Pufferspeicher. Die darin konservierte Wärme kann aus unterschiedlichen Quellen kommen, etwa aus Geothermie über Wärmepumpen, aus Biomasse über einen wasserführenden Ofen oder aus Solarenergie über eine Solarthermie- oder Photovoltaikanlage. Das warme Wasser im Speicher wird zu einem späteren Zeitpunkt für die Heizung oder die Bereitstellung von Warmwasser im Haus verwendet und gleicht kleinere Temperaturschwankungen aus, ohne dass Wärme neu erzeugt werden muss.

Eine Anwendung, die Wärme saisonal speichert, ist ein Eisspeicher. Je nach Größe kann er sowohl ein einzelnes Gebäude als auch ein ganzes Quartier versorgen. In Hessen steht eine solche Anlage in der Ökosiedlung in Friedrichsdorf im Hochtaunuskreis. In einem unterirdischen Riesentank entzieht eine große Wärmepumpe dem Wasser im Winter Energie, die in ein Nahwärmenetz eingespeist und in den Gebäuden der Siedlung verwendet wird. So friert der Speicher langsam zu. Im Sommer taut er wieder auf. Da die Erdwärme allein dafür nicht ausreicht, wird in Friedrichsdorf zusätzlich Solarenergie eingesetzt. Der Eisspeicher wurde vom Land Hessen mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Energieträger

Auch konventionelle Energieträger wie Gas und Öl lassen sich speichern. Deutschland verfügt dafür über große unterirdische Speicher. Sie sollen zum einen den schwankenden Bedarf ausgleichen, der sich im Tagesverlauf und übers Jahr ergibt, und zum anderen die Energieversorgung in Krisenzeiten sichern. In Hessen gibt es drei Porenspeicher, in denen Gas in porösem Gestein gelagert ist, und drei Kavernenspeicher, künstlich angelegte Hohlräume in Salzstöcken. Zusammen können sie 325 Millionen Kubikmeter Gas speichern, das sind knapp 1,4 Prozent des bundesweiten Volumens.

Künftig könnten die unterirdischen Großspeicher auch zur Lagerung von Wasserstoff oder von synthetischem Methan, das im sogenannten Power-to-Gas-Verfahren aus Grünstrom unter Verwendung von Wasser und Kohlendioxid erzeugt wird, dienen. Auch das riesige Erdgasnetz könnte zukünftig als Speicher dienen, indem es Wasserstoff oder Methan aufnimmt. Dazu laufen Forschungs- und Demonstrationsprojekte. Die Gase würden bei Bedarf entweder als Brennstoff zur Strom- und Wärmeversorgung oder als Kraftstoff dienen. Auch im „Power to Liquid“-Verfahren hergestellte Kraftstoffe ließen sich speichern und bei Bedarf rückumwandeln.

Vorzeigeprojekte in Hessen

Der Eisspeicher in der Ökosiedlung in Friedrichsdorf im Bau.
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Zentraler Eisspeicher in Friedrichsdorf

Als im Taunus-Städtchen Friedrichsdorf eine Öko-Siedlung entstand, setzte man von Anfang an auf innovative Energiekonzepte: Teil der Energieversorgung ist ein riesiger Eisspeicher. Wenn das Wasser in ihm im Winter gefriert, wird Wärme freigesetzt (Kristallisationswärme). Diese wird über ein Nahwärmenetz an die Häuser im Quartier verteilt. Durch die im Frühling und Sommer steigenden Temperaturen sowie im Quartier erzeugter Solarenergie schmilzt das Eis wieder bevor der Kreislauf im Herbst wieder vom neuen beginnt. Diese Art der Energiegewinnung ist praktisch CO2-neutral. Der Eisspeicher wurde vom Land Hessen mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Blick auf die Solarsiedlung 'Am Umstädter Bruch' in Groß-Umstadt.
© e-netz

Ein Sonnen-Speicher für alle in Groß-Umstadt

In der Groß-Umstädter Solarsiedlung "Am Umstädter Bruch" stellte sich in der Planungsphase die Frage, wohin mit überschüssigen Strom, wenn die Sonne mehr Energie liefert als abgenommen werden kann. Stromspeicher sind teuer. So entstand im Forschungsprojekt MAGDA ein Quartiersspeicher für alle. Anwohnern wird ein am Verbrauch bemessener Anteil des Speichers vermietet.  Diese Speichereinheit kann dann Schwankungen von Erzeugung und Verbrauch ausgleichen. Neben Anschaffungskosten sparen sie Anwohner auch viel Platz im eigenen Haus.

Das Quartier 'Am Mainblick' in Kelsterbach mit der Frankfurter Skyline im Hintergrund
© Süwag Energie AG

Ein schlaues Quartierskraftwerk in Kelsterbach

In Kelsterbach setzt das Forschungsprojekt Enervator voll auf Digitalisierung: Bewohner des Quartiers "Am Mainblick" steuern ihre Energieverbräuche über eine App. In den Häusern sind intelligente Stromzähler verbaut. Diese übermitteln Daten an die Netzbetreiber und Stromlieferanten.  Eine Prognose- und Steuersoftware hilft dabei, dass eine Energiezentrale mit Stromspeicher, Blockheizkraftwerk und Photovoltaik die Stromerzeugung und den Stromverbrauch vor Ort optimal aufeinander abstimmt.

Der Versuchsspeicher für das FlexQuartier in Gießen
© THM

Drei Speicher im "FlexQuartier" Gießen

Gießen macht das Triple klar: Mit gleich drei Speichern versorgt die Stadt im Rahmen des Forschungsprojekts "EnEff: Stadt FlexQuartier Gießen" Haushalte mit Strom und Wärme. Zum Einsatz kommen ein neuartiger Hochtemperaturspeicher, ein multifunktionaler Batteriespeicher für Strom und ein zentraler Warmwasser-Schichtenspeicher für Abwärme.

Das Energiehaus Plus im Frankfurter Quartier Riedberg
© NHW / Constantin Meyer

Riedberg: Vom Dach bis Keller auf erneuerbare Energien eingestellt

Im Quartier Riedberg bei Frankfurt steht das Mehrfamilienwohnhaus "EnergieHaus PLUS". 200 Batterien speichern die Energie, die eine Photovoltaikanlage auf dem Dach produziert. Im Keller befindet sich die Energiezentrale. Dort steht eine Wärmepumpe für die Fußbodenheizung und warmes Wasser. Noch ein Stück weiter unter der Erde liefert ein Eisspeicher zusätzlich Energie.


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Faktenpapier Speicher in der Energiewende

Faktenpapier Speicher in der Energiewende

Erscheinungsdatum

01.07.2017

Themenfeld

BürgerinBürger, Energiepolitik, Kommune, Speicher, Unternehmen, Windenergie

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Faktenpapier Speicher in der Energiewende - Kurzfassung

Faktenpapier Speicher in der Energiewende - Kurzfassung

Erscheinungsdatum

01.07.2017

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