Stromspeicher – der Schlüssel zur Energiewende

Mit einem steigenden Anteil der erneuerbaren Energien am Strommix wird das Problem der Versorgungssicherheit immer drängender. Wind- und Sonnenenergie haben die Schwäche, dass sie anfällig für Schwankungen sind und allein noch keine konstante Energieversorgung gewährleisten können. Vor allem in den dunklen Wintermonaten kommt es bei den Erneuerbaren zu Engpässen. Das ist mitunter Grund dafür, dass der Markt für Braunkohle- und Atomstrom in den meisten Ländern der Welt immer noch boomt.

Die Lösung: Stromspeicher

In Verbindung mit Stromspeichern, die in Spitzenzeiten überschüssig produzierten Strom aufnehmen und bei Bedarf wieder nutzbar machen, können die erneuerbaren Energien zu einer eigenständigen Alternative zu fossilen und nuklearen Energieträgern heranwachsen. In Zukunft werden in diesem Bereich Technologien gefragt sein, die hohe Leistungen und Kapazitäten über lange Zeiträume speichern und mit möglichst geringem Energieverlust zurück ins Stromnetz einspeisen können. Dabei ist auf lange Sicht entscheidend, dass die Speicheranlagen wirtschaftlich zu betreiben sind. Ausgereifte Technologien, die diese Wunschkriterien erfüllen, sind heute noch Zukunftsmusik. Es existieren aber bereits unterschiedliche Konzepte, mit denen man das Problem der Speicherung künftig in den Griff bekommen will.

Pumpspeicher

Eine vergleichsweise erprobte Lösung bieten Pumpspeicherkraftwerke. Diese nutzen überschüssigen Strom, um Wasser bergaufwärts zu pumpen und dort in Staubecken zu speichern. Durch geregeltes Ablassen des Stauwassers werden Turbinen angetrieben, welche die kinetische Energie des Wassers zurück in elektrischen Strom verwandeln.

Pumpspeicher erzielen mit 75 bis 85 Prozent einen sehr hohen Wirkungsgrad. Das bedeutet, die Energieverluste sind im Vergleich zu anderen Verfahren gering. Auch lässt sich Strom mit Pumpspeichern zeitlich praktisch unbegrenzt speichern. Allerdings stellt der Bau solcher Kraftwerke einen erheblichen Eingriff in Natur- und Lebensräume dar und ist zudem mit sehr hohen Kosten verbunden. Geeignete Standorte sind in Deutschland, im Gegensatz zu den Alpenländern Österreich und Schweiz, zudem äußerst rar. Hier möchten Geologen und Bauwissenschaftler der Universität Duisburg-Essen Abhilfe schaffen. Sie arbeiten an Konzepten, um stillgelegte Steinkohlezechen und Braunkohlekrater als Unterflur-Pumpspeicherwerken zu nutzen.

Allerdings ist der Bau neuer konventioneller Pumpspeicher in Kombination mit erneuerbaren Energieanlagen aus betriebswirtschaftlicher Sicht oftmals nicht rentabel. Ähnliche Probleme sind auch beispielsweise mit Druckluftspeicherkraftwerken verbunden, bei denen Luft in unterirdischen Hohlräumen komprimiert und bei Bedarf mittels Turbinen rückverstromt wird. Andere Alternativen wie Batteriespeicher sind derzeit aufgrund extrem hoher Kosten und relativ geringer Kapazitäten noch nicht marktfähig.

Power-to-Gas

Eine weitere derzeit vieldiskutierte Möglichkeit, um überschüssigen Wind- und Solarstrom zu speichern und bei Bedarf verfügbar zu machen, ist die Power-to-Gas-Technologie. Wie der Name bereits nahelegt, wird Strom bei diesem Verfahren in synthetisches Erdgas umgewandelt.  Dieses kann dann in die bestehende Infrastruktur des Gasnetzes eingespeist und dort über kurz oder lang gespeichert werden. Die Transformation von Elektrizität zu Gas verläuft in zwei Schritten: Mittels Elektrolyse wird zunächst Wasserstoff erzeugt, anschließend erfolgt dessen Umwandlung zu Methangas. Dieses lässt sich bei Bedarf in Gaskraftwerken oder Gasturbinen erneut zur Strom- oder Wärmeerzeugung nutzen. Darüber hinaus kann es beispielsweise als Kraftstoff für gasgetriebene Fahrzeuge oder zum Heizen von Gebäuden eingesetzt werden.

Probleme und Potenziale der Power-to-Gas-Technologie

Auch wenn Power-to-Gas von Politik und Wirtschaft für die Zukunft der Energiewende als praktikable Speichermöglichkeit angepriesen wird, muss auch auf die Schwächen dieser Technologie hingewiesen werden. Diese liegen vor allem in den hohen Energieverlusten, die bei dem aufwendigen Verfahren auftreten. Nach der Umwandlung von Elektrizität in Wasserstoff, der Methanisierung und der anschließenden Rückverstromung in Gaskraftwerken stehen am Ende lediglich noch 30 bis 40 Prozent der ursprünglichen Energiemenge zur Verfügung. Um die Verluste auszugleichen, müsste entsprechend mehr Strom aus Wind und Photovoltaik produziert werden, was die Kosten zwangsläufig in die Höhe treiben würde.

Energieverluste lassen sich reduzieren, wenn man auf den Schritt der Methanisierung verzichtet und den Wasserstoff in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung nutzt. Allerdings müssten dann große Speichkapazitäten für Wasserstoff geschaffen werden. Für Erdgas sind diese bereits in ausreichendem Maße vorhanden. In dieser bestehenden Infrastruktur liegt auch einer der wesentlichen Gründe, die für den Ausbau der Power-to-Gas-Technologie sprechen. Die gut ausgebaute Gasnetze ermöglichen den Transport und die Speicherung großer zusätzlicher Gasmengen.

Trotz des Problems des geringen Wirkungsgrads gilt Power-to-Gas derzeit als einzige Technologie, mit der die benötigten Kapazitäten für die wachsende Menge an Ökostrom geschaffen werden können. Ein weiterer positiver Effekt: mit synthetisch hergestelltem Methangas ließe sich die Abhängigkeit von russischem Erdgas langfristig verringern.

Fazit

So schön die Vision von flexiblen Stromspeichern auch ist – man muss realistisch festhalten, dass marktreife, wirtschaftliche Speicherlösungen, die Schwankungen bei Wind- und Solarenergie wirksam ausgleichen, noch einige Jahre oder Jahrzehnte auf sich warten lassen werden. Nichtsdestotrotz müssen diese Technologien, insbesondere Power-to-Gas, vorangetrieben und Bestandteil der politischen Strategie für die Energiewende werden. Die Braunkohle als “Brückentechnologie” zu betrachten, wie es einige Politiker tun, ist keine akzeptable Option und steht im direkten Gegensatz zu den klimapolitischen Zielen der Energiewende. Damit diese nicht nur ein politisches Lippenbekenntnis bleibt, müssen Subventionen für klimaschädliche Energieträger schnell zurückgenommen und der Emissionshandel verschärft werden. Nur so können die deutlich umweltfreundlicheren Gaskraftwerke am Markt mithalten.

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