Technologien zur Stromspeicherung

Strom zu speichern und stets verfügbar zu halten, ist eine der wichtigsten Aufgaben zur Integration der Erneuerbaren Energien in das Energiesystem.

Die Stromversorgung mit Erneuerbaren Energien unterliegt saisonalen und kurzfristigen Schwankungen – gut also, wenn man überschüssige Energie speichern und darauf zurückgreifen kann, wenn einmal nicht genug Strom erzeugt wird. 

Es gibt unterschiedliche Technologien, um Strom kurz- oder langfristig zu speichern. Energie kann nicht nur in elektrischer, sondern auch in chemischer, thermischer, mechanischer oder elektrochemischer Form gespeichert werden. 

Strom kann auf unterschiedliche Weise gespeichert werden

Grundsätzlich funktioniert jeder Speicher nach demselben Prinzip: Er speichert Energie ein (Laden), er speichert Energie für eine bestimmte Zeit (Halten) und er gibt Energie wieder ab (Entladen). Verschiedene Speicher unterscheiden sich im Wesentlichen hinsichtlich:

 

 

  • ihres Gewichts und Volumens (Energiedichte),
  • der Energiemenge, die sie speichern können und
  • ihrer Leistung, während sie Energie einspeichern und freisetzen.

 

Insgesamt lassen sich Speicher in zwei Typen einteilen: Strom-zu-Strom-Speicher und Strom-zu-X- oder auch Power-to-X-Speicher.

Strom-zu-Strom-Speicher: Von elektrischer zu elektrischer Energie

Mit Strom-zu-Strom-Speichern sind nur jene Speicher gemeint, die elektrische Energie einspeichern und sie ebenfalls in elektrischer Form wieder ausspeichern. In der Regel werden sie als Kurzzeitspeicher genutzt. Formen von Strom-zu-Strom-Speicher sind:

 

 

  • Elektrochemische Energiespeicher (Blei-Säure, Lithium-Ionen, Natrium-Schwefel-Akkumulatoren/Hochtemperaturbatterie, Redox-Flow-Batterien)
  • Elektrische Energiespeicher (Doppelschicht-Kondensatoren, auch Supercaps genannt)
  • Mechanische Energiespeicher (Pumpspeicher, Druckspeicher, Schwungradspeicher) 

 

Strom-zu-Strom-Speicher können in folgenden Fällen eingesetzt werden: 

 

  • Wenn Angebot und Nachfrage im Stromnetz nicht ausgeglichen sind oder wenn es zu Schwankungen aus der Erzeugung Erneuerbarer Energien kommt (Netzdienlichkeit). Wird von den Erzeugungsanlagen nicht genug Strom zur Verfügung gestellt, so kann auf gespeicherten Strom zurückgegriffen werden.
  • Wenn es vor allem in Unternehmen und Industrie kurzfristig zu einem hohen Stromverbrauch kommt. Ein Großteil der Stromkosten für Unternehmen wird durch die verbrauchsstärksten 15 Minuten des Berechnungszeitraumes bestimmt. Deswegen gilt es, einen überdurchschnittlich hohen Leistungsbezug, sogenannte Spitzenlasten, zu vermeiden. Das wird auch Peak Shaving genannt und zur Reduzierung der Stromkosten genutzt. Ein Batteriespeicher kann helfen, diese Lastspitzen intern zu reduzieren, damit es nicht zu außergewöhnlich hohem und damit teurem Leistungsbezug aus dem Netz kommt.
  • Wenn mehr eigener Strom produziert wird, als in dem Moment verbraucht werden kann. Der überschüssige Strom kann dann gespeichert und zu einem anderen Zeitpunkt verbraucht werden (Eigenverbrauchsoptimierung). 
  • Wenn Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt sehr günstig ist. Günstiger Strom kann dann gespeichert und nach Bedarf später selbst verwendet oder zu einem höheren Preis wieder ins Netz eingespeist werden. Der Gewinn ergibt sich aus der Differenz des günstigeren Einkaufspreises und dem höheren Preis bei der späteren Nutzung oder Rückspeisung ins Netz (Spread) abzüglich der Speicherkosten und Verluste. 

Im Strom-zu-X- oder Power-to-X-Speicher wird elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt

Strom-zu-X bezeichnet Speichertypen, die in der Regel mithilfe von erneuerbarem Strom als Energiequelle geladen werden, ihn aber im Gegensatz zu Strom-zu-Strom-Speichern in thermischer Form oder in Form von chemischen Energieträgern speichern. 

Strom-zu-X-Speicher arbeiten mit thermischen oder chemischen Energieträgern

Strom, der in chemischen Energieträgern gespeichert wird, kann zur Rückverstromung genutzt werden. Deswegen bieten sich chemische Energieträger als Langzeitspeicher an. Ein Nachteil dabei ist jedoch, dass bei der Umwandlung viel Energie verloren geht. Deswegen muss immer abgewogen werden, ob es sich finanziell mehr lohnt, Strom in chemische Energieträger umzuwandeln oder den erneuerbaren Strom direkt zu nutzen. 

 

Formen von Strom-zu-X-Speichern sind:

 

  • Thermische Energiespeicher (Sensible Wärme- und Kältespeicher, latente Wärmespeicher, thermochemische Speicher). In der Industrie sind das Wärme- (auch Dampf-) und Kältespeicher. Im Bereich Gebäude sind das Raumwärme und Warmwasserversorgung.
  • Chemische Energiespeicher (Power-to-Gas, Elektrolyse von Wasserstoff, Synfuels). 

 

Weil Energie sektorenübergreifend genutzt wird, spricht man auch von Sektorenkopplung. Mit der Umwandlung in chemische Energieträger kann zum Beispiel:

 

  • Wasserstoff hergestellt werden,
  • Methan und Synfuels für Mobilitätsanwendungen produziert werden,
  • ein Langzeitspeicher für die Rückverstromung geschaffen werden oder
  • Brennstoff für Wärme- und Kälteanwendung gewonnen werden.

 

Wichtig ist, dass die Speichermöglichkeiten in den unterschiedlichen Sektoren füreinander zugänglich gemacht werden. Auch die Speicherung elektrischer Leistung in Form von Wärme (Power-To-Heat) bildet ein wichtiges Element im Energiesystem der Zukunft.

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Portrait des Projektmanagers für Energiewirtschaft Christian Borm. Im Hintergrund sind eine große Glasfront sowie zwei dunkelgrüne Sofas zu sehen.

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Portrait der Projektmanagerin für Energiewirtschaft Lisa Schmitt vor einer stylischen Glasfront.

Lisa Schmitt

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Portrait des Projektmanagers für Energiewirtschaft Dr. Petr Tluka. Im Hintergrund ist eine große Glasfront zu sehen.

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