Neue Speicher für ein stabiles Stromnetz entwickeln

Stromüberschüsse speichern und bei Bedarf nutzen: Die Bundesregierung fördert in ihrem Energiekonzept Technologien für die Speicherung von Energie.

Das Pumpspeicher-Kraftwerk Goldisthal in Thüringen

Pumpspeicher-Kraftwerk Goldisthal

Foto: Vattenfall

Die Bundesregierung fördert in ihrem Energiekonzept Technologien für die Speicherung von Energie. Das ist wichtig, um Energie sparsam zu nutzen und Voraussetzung für funktionierende Stromnetze. Die Spannung im Netz stabil halten, egal, wie viel Strom produziert wird - das ist eine der Herausforderungen der Energiewende.

Elektrischen Strom speichern? Kein Problem, dafür gibt es doch aufladbare Batterien, besser gesagt Akkus. So einfach ist das allerdings nicht, denn Akkus sind teuer. Ihre Speicherkapazität ist gering. Hinzu kommt das hohe Gewicht. Sie sind derzeit das größte Problem bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen. Wenn das aber schon schwierig ist für die verhältnismäßig geringe Strommenge in Autos, wie viel schwieriger ist es, wenn es darum geht, die Tagesstromproduktion eines Windparks in der Nordsee zu speichern?

Wind gibt es nicht auf Knopfdruck

Bislang war es nicht notwendig, elektrische Energie in größeren Mengen zu speichern. Sie entstand in herkömmlichen Kraftwerken, deren Produktion sich nach Bedarf regeln lässt. Das ist bei erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne anders. Der Wind treibt direkt eine Turbine und einen Generator an, die Strom ins Netz abgeben. Die Sonne erzeugt entweder in Solarzellen auf physikalischem Weg Strom oder erhitzt Wasser. Das treibt dann eine Turbine an.

Diese natürlichen "Kraftwerke" kann man nicht beliebig bei Bedarf ein- oder ausschalten. Wind und Sonne stehen mitunter gerade zu den Zeiten nicht zur Verfügung, in denen viel Strom benötigt wird. Andererseits liefern sie elektrische Energie im Übermaß zu Zeiten, in denen wir wenig Strom verbrauchen.

Die Energiespeicherung ist damit eine der größten Herausforderungen der Energieforschung. Die Bundesregierung fördert diese Entwicklung in einer gemeinsamen Förderinitiative der Bundesministerien für Wirtschaft, Umwelt und Forschung. Dafür werden in den nächsten Jahren bis zu 200 Millionen Euro zur Verfügung stehen.

Knapper Platz für Speicherseen

Eine Form der Energiespeicherung gibt es schon lange: Pumpspeicherkraftwerke. Überschüssiger Strom wird verwendet, um Wasser in ein höher liegendes Reservoir zu pumpen. Wird dann wieder Strom benötigt, läuft das Wasser durch gewaltige Rohre zu Tal und treibt Turbinen an. So eine Anlage hat einen guten Wirkungsgrad: 75 Prozent der Energie, die zum Hochpumpen nötig ist, lässt sich als Strom zurückgewinnen. Akkus haben heute meist einen sehr viel geringeren Wirkungsgrad.

Bei Goldisthal (Thüringen) steht eines der größten und modernsten Pumpspeicherkraftwerke in Europa mit einer Gesamtleistung von 1.060 Megawatt. Für das obere Reservoir verschwand ein Berggipfel, um einem künstlichen Speichersee von 55 Hektar Fläche und zwölf Millionen Kubikmetern Wasser Platz zu machen.

Die Technologie von Pumpspeicherwerken ist bekannt, natürlich kann Forschung sie optimieren. Das Problem für ein dicht besiedeltes Land ist, dass geeignete Höhenlagen für große Speicherseen nicht zur Verfügung stehen oder aus Naturschutzgründen nicht gewünscht sind. Deshalb gibt es Überlegungen, solche Pumpspeicherwerke unterirdisch oder in anderen Ländern, etwa in Norwegen zu bauen. Hier wieder stellt sich die Frage, wie der Strom möglichst verlustfrei transportiert werden kann - alles Fragen an die Forschung.

Druckluft, Methan und Wärme als Energiespeicher

Geringe Materialkosten fallen an, wenn man den elektrischen Strom verwendet, um Druck zu erzeugen. Das kann geschehen, indem Luft in einem unterirdischen Speicher zusammengepresst wird. Lässt man sie wieder entweichen, so kann die Luft eine Turbine antreiben. Geologisch ist es notwendig, geeignete dichte Erdspeicher zu finden.

Große Aufmerksamkeit gilt der Idee, mit überschüssigem Strom Wasser chemisch zu spalten und so Wasserstoff zu gewinnen. Dieser kann direkt als Stoff gespeichert werden. Lässt man ihn später mit Sauerstoff wieder zu Wasser reagieren, entsteht in einer Brennstoffzelle Strom. Möglich ist es auch, den Wasserstoff mit dem Kohlendioxid der Luft zu Methan reagieren zu lassen. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und kann wie dieses in Gaskraftwerken in Strom umgewandelt werden. Das Problem derartiger stofflicher Speicher ist, dass ein relativ großer Anteil der Energie zum Beispiel als Wärme verlorengeht. Es wird sehr viel weniger Strom erzeugt, als zuvor für die Wasserstoffherstellung benötigt wurde.

Schließlich kann aus elektrischer Energie Wärme erzeugt werden, die beispielweise Wasser erhitzt. Das Wasser wird in gut isolierten Behältern gespeichert. Bei Bedarf kann es eine Turbine antreiben. Hier stellt sich das Problem, wie gut so ein Boiler isoliert werden kann.

7. Energieforschungsprogramm

Das aktuelle 7. Energieforschungsprogramm wurde am 19. September 2018 von der Bundesregierung beschlossen. Es setzt - neben den zentralen Forschungsfeldern - Energieeffizienz und Erneuerbare Energien - einen Schwerpunkt auf den Wärme-, Industrie- und Verkehrssektor. Mit diesen systemübergreifenden Forschungsthemen rückt die Transformation des Gesamtsystems in den Fokus der Forschungsförderung in Deutschland.

Deshalb wird die Forschung zur Energieeffizienz in den Verbrauchssektoren Gebäude, Industrie und Verkehr ausgeweitet. Dabei spielen erneuerbare Energien, Netze uns Speichertechnologien eine Schlüsselrolle. Dazu erarbeitet die Bundesregierung eine sektorübergreifende Effizienzstrategie aus. Ziel ist es, den Primärnergieverbrauch bis zum Jahr 2050 um 50 Prozent gegenüber 2008 zu senken.

Im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms stellt die Bundesregierung bis zum Jahr 2022 insgesamt 6,4 Milliarden Euro für Forschung und Entwicklung von Zukunftstechnologien zur Verfügung. Das entspricht einer Steigerung von 45 Prozent gegenüber dem Vorläuferprogramm (6. Energieforschungsprogramm) im Vergleichszeitraum 2013 bis 2017).


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