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Alle sprechen von Energiewende und dem Ausbau der erneuerbaren Energie. Dass dies allerdings nur bedingt eine sichere Versorgung gewährleisten kann sieht man daran, dass auch weiterhin Strom zugekauft werden muss. Gründe dafür sind Erzeugungsspitzen, die nicht mit Verbrauchsspitzen zusammen fallen und die Tatsache, dass Energie nicht (ausreichend) gespeichert werden kann. Welche Möglichkeiten werden aktuell von Energieproduzenten genutzt und in welchen Bereichen wird an innovativen Lösungen gearbeitet?
Inhaltsverzeichnis
Die „Erneuerbaren“ Wind und Sonne zum Beispiel produzieren wetterabhängig, was auch bedeutet, dass diese Energie als volatiler Anteil im Gesamtstrommix zu betrachten ist.
Bei Sonnenschein zur Mittagszeit oder starkem Wind ist die Produktion von Photovoltaik- und Windkraftanlagen am höchsten, während sie am Abend oder bei Windstille weniger bis gar nicht stattfindet. Auf der anderen Seite ist zu Beispiel der Stromverbrauch in den Mittagsstunden relativ gering im Vergleich zum Abend. Das ist nur ein Beispiel für die Abweichungen zwischen der Energieerzeugung und ihrer Nachfrage.
Auf diese Weise entsteht ein Ungleichgewicht im Stromnetz. Mit Energiespeichern könnten diese Ertragsschwankungen nicht nur abgefedert und somit das Stromnetz stabilisieren, es ist außerdem möglich, den hohen Ertrag in leistungsstarken Momenten der Anlagen für später nutzbar zu machen.
Wie speichert man elektrische Energie?
Die Energiespeicherung macht den Zeitpunkt der Energieerzeugung unabhängig vom Verbrauch. Beispiele aus dem Alltag sind Autobatterien, Handyakkus oder Nachtspeicherheizungen.
Je nach Nutzungsdauer und Art der Anwendung kommen verschiedene Speichertechnologien zum Einsatz. Beispiele dafür sind:
Schwungradspeicher
Als Sekundenreserven für eventuelle Schwankungen im Stromnetz werden auch Schwungradspeicher eingesetzt. Sie speichern die elektrische Energie in Form von kinetischer Energie über eine rotierende Masse und eignen sich bei hohen Leistungsanforderungen.
Wärmespeicher
Wärme kann in Flüssigkeiten oder Feststoffen gespeichert werden. Dies ist vor allem für Brauchwasser oder Beheizung bereits ein gängiger Weg.
Beim Heizkraftwerk Nord der Salzburg AG wurde beispielsweise ein 44 Meter hoher Wärmespeicher gebaut, der eine gleichmäßige und effiziente Auslastung der Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ermöglicht und die Fernwärmeversorgung absichert. Der 30 Millionen Liter Heißwasser fassende „Mega-Boiler“ kann überschüssige Energie aus dem Fernwärmenetz zwischenspeichern und wieder abgeben, sobald sie gebraucht wird, also etwa in den Morgenstunden. Das spart weitere 7.500 Tonnen CO2 pro Jahr.
Batteriespeicher
Die bekannten Batteriespeicher werden ebenfalls zur Überbrückung von mehreren Stunden bis Tagen eingesetzt. Ihre Anwendungsbereiche sind vielfältig, da sie einen hohen WirkungsgradDer exergetische Wirkungsgrad wird eingeführt, um bei der Beurteilung von Energiewandlern den Wert der beteiligten Energiearten berücksichtigen zu können. Am Beispiel einer Raumheizung werden energetischer…, eine schnelle Reaktionszeit sowie eine geringe Selbstentladung aufweisen.
Als Innovation könnten in Zukunft auch (private) E-Autos eingesetzt werden um parallel zu großen stationären Batteriespeicheranlagen die Speicherkapazität schrittweise zu erhöhen. Unter der Bezeichnung Vehicle to grid V2C wird daran bereits gearbeitet. Ein Durchschnitts-Auto fährt im Schnitt nur fünf Prozent vom Jahr und hat die restlichen 95 Prozent Standzeiten. Ein logischer Schritt also, die verfügbaren Batterie-Kapazitäten zu clustern und im Speichersystem mitzudenken? Da die Fahrzeuge überall verteilt sind, sind auch Netzbetreiber sehr an dieser Technologie interessiert. Wenn die Mittagsspitzen der PV-Einspeisung von dezentralen Speichern aufgenommen werden, können Leistungsspitzen im Netz reduziert und ein Abschalten der Anlagen verhindert werden.
Speicherkraftwerke
Speicherkraftwerke speichern Wasser in Stauseen zwischen und setzen es dann geplant frei, um TurbinenFolgende Turbinen werden in Wasserkraftwerken eingesetzt: • Francis-Turbine: Die Francis-Turbine ist nach dem Ingenieur James B. Francis aus den USA benannt. Sie ist eine sehr universell einsetzbare Wasserturbine, bei welcher das Laufrad radial von außen… anzutreiben und dadurch Strom zu erzeugen. Sie können die Energieproduktion regulieren und sind besonders nützlich, um Energie in Spitzenzeiten zu produzieren und dadurch Schwankungen im Stromnetz auszugleichen.
Pumpspeicherkraftwerke sind eine spezielle Art von Speicherkraftwerken, die überschüssige Energie in Form von Wasser in einen höher gelegenen Stausee pumpen, um es später bei Bedarf wieder abzulassen und Strom zu erzeugen. Sie ’speichern‘ dadurch quasi die Energie des Wassers für einen späteren Zeitpunkt.
Nicht nur die Speicherkapazität, sondern auch der Wirkungsgrad dieser Speicherkraftwerke ist groß: Bis zu 80 Prozent der verbrauchten Energie können wiedergewonnen werden. Sie speichern Vorräte für mehrere Wochen.
WasserstoffWas ist Wasserstoff?Wasserstoff (H2) ist ein natürliches chemisches Element, dessen Energiegehalt genutzt werden kann. Er lässt sich als Energieträger speichern und transportieren sowie zur Energieumwandlung einsetzen….
Die Einspeicherung überschüssiger Energie über mehrere Monate erfolgt über die Umwandlung von energiearmen in energiereiche Stoffe. Um Wasserstoff als Stromspeicher nutzen zu können, muss er in einer ersten chemischen Reaktion den überschüssigen Strom einspeichern. Das geschieht durch das Verfahren der Elektrolyse. Der Ökostrom etwa aus einer Solaranlage wird dazu genutzt, Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Die zeitliche Speicherung ist unbegrenzt, da der Wasserstoff in Methan oder Ammoniak gebunden als Gas, oder in Methanol gebunden als Brennstoff zur Verfügung stehen kann.
Was heißt das für die Praxis?
Erneuerbare Energie zu speichern ermöglicht die Nutzung von sauberer Energie für Strom oder Wärme – ganz unabhängig von Produktionszeitpunkt oder Wettereinflüssen. Je nach Überbrückungsphase zwischen Produktion und Verbrauch machen unterschiedliche Speichersysteme Sinn. Sie leisten einen erheblichen Beitrag zur Energiewende, können helfen Strompreisschwankungen abzufedern und unterstützen die Stromnetzstabilisierung.
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