Energiespeicher machen unsere Gesellschaft so mobil wie nie. Sie liefern Energie zeitlich und räumlich unabhängig von deren Erzeugung. Sind sie damit auch die Lösung für schwankende Erträge von Windkraft und Photovoltaik? Die Wirklichkeit ist wie so oft komplexer und „Energiespeicher“ bedeutet nicht gleich „Batterie“.
Die Notwendigkeit des Ausbaus der erneuerbaren Energien ist angekommen in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Ziele sind klar definiert: 2035 sollen bis zu 60 Prozent, 2050 rund 80 Prozent des deutschen Stroms aus regenerativen Energiequellen fließen. Was die Erneuerbaren jetzt schon leisten können, zeigt ihr jüngster Anstieg am Anteil der gesamten Stromeinspeisung: Dieser erhöhte sich laut Statistischem Bundesamt von 40,4 Prozent im ersten Quartal 2021 auf 47,1 Prozent im Vergleichszeitraum 2022. Ermutigende Zahlen, die Experten wie Verbrauchern jedoch hinsichtlich eines Faktors zu denken geben: Was geschieht bei wenig Wind und Wolken? Für Hausbesitzer, die derzeit ihr Dach mit Solarzellen ausstatten, liegt die Antwort auf der Hand: Batterien – dabei handelt es sich heute, meist wie in Smartphones oder E-Fahrzeugen installiert, um Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings sind diese nach wie vor sehr teuer, bieten relativ wenig Speicherkapazität und gelten hinsichtlich nachhaltiger Kriterien wie Umweltschutz und Menschenrechten als umstritten. Ein genauerer Blick auf das Thema „Energiespeicher“ legt offen, welche Möglichkeiten es neben Batterien noch gibt und zeigt auch, dass das Speichern von Energie nur eine Komponente eines komplexen Energiesystems der Zukunft ist.
Die Dauer macht den Unterschied: Kurz- und Langzeitspeicher
Stromspeicher können beim Ausbau der erneuerbaren Energien eine wichtige Funktion übernehmen: Sie entkoppeln die Erzeugung vom Verbrauch und stellen so die gewonnene Energie auch noch Stunden, Tag oder Wochen später bereit. Die Art der Speicher, deren Entwicklungsstand und Ausbauperspektiven unterscheiden sich jedoch stark. Generell wird in Kurz- und Langzeitspeicher unterschieden. Batterien werden als Kurzzeitspeicher verwendet werden. Sie sollen die Energie für Minuten und Stunden aufbewahren und können kurzfristige Schwankungen von Energieerzeugung und -verbrauch ausgleichen. Langzeitspeicher puffern Energie für Tage bis Wochen und sind so in der Lage, auch längere Flauten oder Schlechtwetterperioden zu überbrücken. Im großen Maßstab bieten Langzeitspeicher wie Pumpspeicher, Druckluftspeicher oder Power-to-Gas insbesondere für Windkraft und Photovoltaik Vorteile. Ihre Kapazität der Energiespeicherung liegt über der von Batterien, die technische Umsetzung erfordert allerdings einen deutlich größeren Rahmen, was die Entwicklungspotenziale teils wieder einschränkt.
Grenzen der Machbarkeit und Potenziale der Zukunft
In Deutschland sind die Möglichkeiten von Pumpspeichern in Form von Wasserkraftwerken weitestgehend ausgeschöpft. Laut Fraunhofer ISE liegt die derzeit installierte Kapazität von Pumpspeichern bei rund 38 GWh, die Nennleistung bei 10 GWp. Auch entspricht die Kapazität Deutscher Pumpspeicher nach Angaben des ISE aktuell lediglich „rechnerisch dem Ertrag des deutschen PV-Kraftwerkparks aus weniger als einer Betriebsstunde unter Volllast.“ Kooperationen für neue Kraftwerksprojekte mit der Schweiz und Österreich könnten neue Perspektiven öffnen.
Eine Möglichkeit der Langzeitspeicherung mit Zukunftspotenzial sind Druckluftspeicher. Sie speichern Energie beispielsweise in unterirdischen Salzstöcken in Form von komprimierter Luft. Bei steigendem Strombedarf lässt sich die potenzielle Energie der Druckluft über Gasturbinen wieder in Bewegungsenergie und dadurch in elektrische Energie umwandeln. Diese Form der Langzeitspeicherung befindet sich noch in der Entwicklung. Eine weitere Langzeit-Speichertechnologie ist das sogenannte Power-to-Gas-Verfahren. Bei dieser Methode wird Strom aus erneuerbaren Energien dazu genutzt, Wasser in Wasserstoff und gegebenenfalls in einem weiteren Schritt in Methan umzuwandeln. Die Gase können bei Bedarf wahlweise ins Gasnetz zum Heizen eingespeist werden oder sie dienen in einem Gaskraftwerk der Stromgewinnung. Beide zuletzt genannten Langzeit-Speichertechnologien werden allerdings noch Jahre brauchen, um ihre Praxistauglichkeit in einem kosteneffizienten Rahmen unter Beweis zu stellen. Die gegenwärtig realisierten Projekte können die Volatilitäten der Stromgewinnung aus Photovoltaik und Windkraft noch nicht in den entsprechenden Größenordnungen kompensieren, sind allerdings ein wichtiger erster Schritt in eine erfolgreiche Zukunft.
Rohstoffe für Batterien bergen hohe Risiken
Technisch gesehen bieten Kurzzeitspeicher wie Lithium-Ionen-Batterien einen Nutzen für kleinformatige Anwendung etwa in Privathaushalten. Dort können sie für wenige Stunden die tagsüber per Photovoltaik gewonnene Energie aufnehmen und nach Sonnenuntergang und in sonnenarmen Phasen zur Verfügung stellen. Jedoch sind die Kosten nach wie vor sehr hoch. Das gilt vor allem bei einem Einsatz im industriellen Maßstab wie etwa in Solarparks. Ein entscheidender Nachteil von Batterien ist die Förderung der dafür notwendigen Rohstoffe. Diese erfolgt zum Großteil unter Inkaufnahme von starken Umweltschäden in oft politisch instabilen Regionen. Es ist nicht zu erwarten, dass sich dies bis auf weiteres grundsätzlich ändern wird. Hinzu kommt die steigende Nachfrage nach Rohstoffen wie Lithium und Nickel. So rechnet Bloomberg Finance etwa mit einem Anstieg der Gesamtnachfrage nach Batteriemetallen in 2022 von voraussichtlich rund 50 Prozent auf 4,8 Millionen Tonnen. Bis 2030 wird von einem Nachfrageanstieg allein für Lithium um 700 Prozent ausgegangen. Daher spricht einiges dafür, dass sich die jüngste Verbilligung von Batterien ins Gegenteil verkehren kann.
Infrastruktur der europäischen Energienetze ausbauen
Obwohl die aktuellen Trends in der Privatwirtschaft augenscheinlich anderes annehmen lassen, so ist bei genauerer Betrachtung perspektivisch nicht davon auszugehen, dass in der Energieversorgung der Zukunft Speicherlösung eine dominante Rolle spielen. Zu teuer, technisch teils noch in der Entwicklung oder in der Kapazität fast ausgeschöpft, sowie, was Batterien betrifft, mit negativer Nachhaltigkeitsbilanz, liegen die vielversprechenderen Wege der Energieentwicklung auf anderen Gebieten. Ein wichtiger Punkt auf der Agenda von Politik und Wirtschaft sind die stärkere europäische Interaktion der Energieinfrastrukturen und der Ausbau der Netze. Insbesondere ein leistungsstarkes und flexibles nationales und europäisches Stromnetz kann Schwankungen in der Erzeugung und im Verbrauch von erneuerbaren Energien in einem großen Maßstab effektiv ausgleichen und nachhaltig harmonisieren.
Vor diesem Hintergrund stellen Speichersysteme für hep aktuell keine überzeugenden und eindeutig nachhaltigen Lösungen für Solarparks dar. Der Spezialist für die Planung, den Bau und Betrieb sowie die Finanzierung von Solarprojekten konzentriert sich bis auf weiteres zu 100 Prozent auf den Ausbau der Erzeugung erneuerbarer Energie durch Photovoltaik und nicht deren Speicherung.
Quellen: Fraunhofer ISE, Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, Energiesystemforschung/Forschungszentrum Jülich, Bloomberg Finance, Agora Energiewende, VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V., Statistisches Bundesamt
