Energiespeicher im Netz: Strom aus erneuerbaren Energien wird planbar
Energiespeicher im Stromnetz sind eines der zwölf Zukunftsthemen, die Fraunhofer-Forscher in den nächsten Jahren intensiv bearbeiten, um Herausforderungen wie dem Klimawandel zu begegnen. Kosteneffiziente Speicher können erheblich dazu beitragen, regenerative Energien weiter auszubauen. Damit sind sie ein wichtiges Standbein für unsere sichere Energieversorgung von morgen.
Sehr leistungsstarke Bleibatterie in Mont-Cenis im Ruhrgebiet.
© Fraunhofer UMSICHT
Der Stromverbrauch steigt, fossile Ressourcen sind knapp. Im Energiemix der Zukunft spielen daher erneuerbare Energien eine zunehmende Rolle. Strom aus Wind- und Sonnenenergie ist jedoch schwer planbar. Es hängt von Wetter und Tageszeit ab, wie viel Strom ins Netz eingespeist wird. Bei starkem Wind etwa erzeugt eine Windkraftanlage manchmal sogar Energie im Überfluss, aber auch bei Flaute brauchen die Kunden Strom. Zu jedem Zeitpunkt müssen Stromerzeugung und -verbrauch übereinstimmen. Um Versorgungslücken zu vermeiden, passen die Anbieter die Stromerzeugung an und halten Reserveleistungen bereit. In Zukunft soll jedoch immer mehr Windkraft bei sinkendem Anteil konventioneller Kraftwerke Strom liefern. Das verstärkt die Schwankungen im Netz massiv. Bisherige Reserveleistungen reichen nicht mehr aus. "Wir arbeiten daran, die Lieferung von Wind- und Sonnenenergie ebenso planbar zu machen wie die Energie aus konventionellen Kraftwerken und entwickeln wirtschaftliche und umweltschonende Lösungen, um ausreichend Reserven vorhalten zu können", erklärt Dr. Christian Dötsch, Leiter des Geschäftsfelds Energiesysteme am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energiesysteme UMSICHT in Oberhausen. "Dabei haben wir die gesamte Prozesskette der Energiespeicherung im Blick." Die Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt die Forschungs-projekte dieses Zukunftsthemas mit speziellen Förderprogrammen. Dötsch betont die enge Vernetzung: "Wissenschaftler aus acht Fraunhofer-Instituten bearbeiten die komplexen Systemlösungen: Beispiele sind neue Materialien für Energiespeicher, hybride Speicher, Entwicklungen in der Leistungselektronik, Energiemanagement und Integration von Speichern in das vorhandene Netz."
Es gibt verschiedene Technologien um elektrische Energie zu speichern, aber keine kann alles. "Wir gehen von der jeweiligen An-wendung aus. Zum Beispiel arbeiten wir an Kurzzeitspeichern für schnelle Lastspitzen, an Langzeitspeichern und am Energiemanagement", sagt Dötsch. Das Ziel der Wissenschaftler ist, Ressourcen und Kosten zu sparen. Sie möchten dabei auch die Anzahl der kostenintensiven "Schattenkraftwerke" reduzieren, die notwendig sind, um die unregelmäßige Energielieferung von Windkraft und Solarenergie auszugleichen. "Schattenkraftwerke" sind konventionelle Kraftwerke, die die meiste Zeit des Jahres lediglich in Bereitschaft stehen.
Überschüssige Energie wird bisher vor allem in konventionellen Pumpspeicherwerken gespeichert, die Wasser in hoch gelegene Reservoire pumpen. Bei Bedarf fließt das Wasser von dort durch Turbinen wieder talwärts. Energie lässt sich außerdem in Druckluftspeichern vorhalten. Dazu wird Luft komprimiert und in unterirdischen Kavernen gespeichert. Die Experten versuchen hierbei, diese Technologie auch für kleinere Leistungen und unabhängig von Kavernen in dezentralen "Mini"-Druckluftspeichern zu nutzen. Diese können dann in der Nähe von Windparks installiert werden und die Leistungsschwankungen ausgleichen.
Forschungsschwerpunkte sind zwei, bisher nicht für große Leistung genutzte Technologien: Redoxflow- und Lithium-Batterien: Mit Redox-Flow-Batterien kann Energie langfristig über Stunden oder Tage und in großer Menge gespeichert werden. Sie bestehen aus zwei flüssigen Elektrolyten, die in Tanks lagern. Dort wird die Energie
gespeichert. Die Umwandlung in Strom erfolgt in einem Redoxflow-Stack, der im Aufbau einer Brennstoffzelle ähnelt. Die Wissenschaftler arbeiten daran, die geforderte Leistung zu realisieren und mit neuen Materialien diese Technologie effizienter und langfristig kostengünstiger zu machen.
Für kleine Einspeiser in netzfernen Gebieten, wie beispielsweise Solarmodulen auf dem Haus, könnten in Zukunft die heute üblichen Bleibatterien durch Lithium-Batterien ersetzt werden. Solche kleinen Speicher kommen zukünftig auch in Elektroautos zum Einsatz. Die Idee ist, sie als mobile Speicher ins Netz zu integrieren. Diese Fahrzeuge beziehen ihre Energie aus dem Stromnetz und könnten kurzfristig bei Bedarf Energie wieder ins Netz einspeisen. Ein Ersatz für stationäre Speicher werden sie jedoch nicht. "Das ist eine von vielen Möglichkeiten Energie zu speichern, die wir in unseren Projekten durchspielen", erklärt Dötsch.
Eine Prognose, welche Speichertechnologien sich durchsetzen werden, ist nicht einfach, denn die Energieversorgung ist von vielen Randbedingungen abhängig. Dazu gehören die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) in Deutschland, die Besitzverhältnisse im deutschen Stromnetz und die Preisentwicklung bei Erdöl, Erdgas und Kohle sowie der Ausbau der erneuerbaren, fluktuierenden Energien. "Auch wenn das 'Wann' schwer zu beantworten ist, das 'Wo' ist zu erkennen," sagt Dötsch. "Inseln oder sehr abgelegene Gebiete, die nicht ans Stromnetz angeschlossen werden, können schon in naher Zukunft von den Technologien profitieren. Danach folgen, wenn die Kosten sinken und der Bedarf steigt, die stationären Anwendungen im Netz."
Ansprechpartner:
Dr. Christian Dötsch
Telefon: +49 208 8598-1195
christian.doetsch@
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Fraunhofer-Institut für
Umwelt-, Sicherheits- und
Energietechnik UMSICHT
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46047 Oberhausen
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