Geballte Ladung

Die Energiewende braucht Speicher. Deshalb installieren viele Haushalte Batteriepakete für ihren selbst erzeugten Solarstrom. Wasserstoffspeicher überbrücken Phasen mit weniger Wind und Sonne. Und Forscher arbeiten an ganz neuen Konzepten. 

von Ralph Diermann | Lesezeit 4 Minuten

Wenn die Solaranlagen im Südwesten Deutschlands auf Hochtouren laufen, wird es am stillen Grund des Bodensees zunächst wohl etwas unruhig werden. Matthias Puchta und seine Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) wollen nämlich zum Jahresende bei Überlingen eine große Hohlkugel aus Beton im See versenken. Dort unten, in hundert Meter Tiefe, herrscht ein enormer Wasserdruck. Den wollen die Wissenschaftler nutzen, um überschüssigen Ökostrom zu speichern. 

 

Nicht fehlende Technik, sondern Politik bremst die Energiewende aus. Dabei ließe sich auf Basis von Ressourcen, die in Deutschland zur Verfügung stehen, der Anteil der Erneuerbaren am Strommix auf 100 Prozent steigern.

 

„Wir übertragen das Prinzip der Pumpspeicherkraftwerke an Land auf das Meer“, erläutert Projektleiter Puchta. Die Kugel hat einen Auslass, in den eine Pumpturbine eingebaut ist. Soll Strom gespeichert werden, pumpen die Wissenschaftler den drei Meter messenden Betonball leer. Wird die Energie wieder benötigt, strömt das Wasser mit großer Kraft zurück in die Kugel. Dabei treibt es die Turbine an, sodass Strom erzeugt wird – und der Kreislauf kann von neuem beginnen. Allerdings haben die Fraunhofer-Forscher weniger den süddeutschen Solarstrom als vielmehr die Windenergie auf hoher See im Visier. Das Vorhaben im Bodensee dient der Erprobung des Konzepts. In der Praxis sollen die Kugelspeicher – in zehnfacher Größe – später mit Offshore-Windrädern gekoppelt werden. Dort sollen sie direkt neben den Fundamenten der Windräder verankert werden. So verbrauchen sie keine zusätzlichen Flächen und können die Infrastruktur der Windparks nutzen. „Wenn das Pilotprojekt im Bodensee erfolgreich ist, könnten wir schon gegen Ende dieses Jahrzehnts Tests mit Dreißig-Meter-Kugeln im Meer starten“, sagt Puchta. Damit kämen die Forscher gerade rechtzeitig für eine der größten Herausforderungen der Energiewende: das Speichern von Strom, der nicht gleich verbraucht werden kann.

Allein zwischen 2020 und 2030 sollen Windräder mit einer Kapazität von sechs Atomkraftwerken vor den deutschen Küsten errichtet werden. Dazu kommen im Optimalfall Zehntausende Rotoren an Land. Was soll mit dem Strom geschehen, wenn, etwa bei Starkwind in Norddeutschland, deutlich mehr Energie erzeugt als gerade benötigt wird? Wenn bei Sonnenschein gewaltige Mengen an Solarstrom in die lokalen Netze fluten? An sich positiv, aber zusammen mit dem Strom aus konventionellen Energiequellen aktuell manchmal zu viel für die Netze. Zwar lassen sich solche Situationen entschärfen, indem neue Leitungen gebaut und die Verteilnetze verstärkt werden. Oder indem Unternehmen und Haushalte über Lastmanagement und Smart Grids ihren Stromverbrauch an das Angebot anpassen. Doch das wird nicht genügen. Dezentrale Speicher sind für die Energiewende essenziell, sind Experten aus Wissenschaft und Industrie überzeugt. 

Strom für Stunden

Sie setzen ihre Hoffnung vor allem auf eine Technologie, die bereits im frühen 19. Jahrhundert erfunden wurde – und die mit der Energiewende jetzt eine ganz neue Bedeutung bekommt: die Batteriespeicher.

Think outside of the box
Batteriespeicher stehen wie Erneuerbare-Energien-Anlagen für einen radikalen Strukturwandel.

„Wir brauchen Batterien als Kurzzeitspeicher, um die Wind und Solarenergie in das Energiesystem zu integrieren“, ist Günther Ebert vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme überzeugt. „Batteriespeicher verlieren beim Ein- und Ausspeichern kaum Energie. Sie eignen sich deshalb bestens, um Strom für Minuten, Stunden oder maximal einen Tag zu speichern.“ 

 

Dabei stehen Batteriespeicher, genauso wie Erneuerbare-Energien-Anlagen, zugleich für einen radikalen Strukturwandel: für die Demokratisierung der Stromversorgung, für eine „Energiewende von unten“. Bürgerinnen und Bürger übernehmen die Initiative für den Umbau des Energiesystems, an die Stelle der Konzerne treten Privatpersonen, Genossenschaften oder kleine Unternehmen, die Bürgerinvestitionen in Erneuerbare anbieten. So haben sich in den letzten zwei Jahren fast 30.000 Haushalte mit einer Solaranlage gleich auch einen Batteriespeicher angeschafft. „Offenbar liegt es in der Natur des Menschen, Vorräte anzulegen“, erklärt Carsten Körnig vom Bundesverband Solarwirtschaft die Beliebtheit der Akkupakete. 2020 waren in Deutschland bereits 271.000 Batteriesysteme installiert, Tendenz dynamisch steigend. 

Befeuert wird diese Entwicklung von stark sinkenden Preisen. „Batterien haben ein ähnliches Potenzial zur Kostenreduktion, wie wir es bei der Fotovoltaik gesehen haben“, sagt Körnig. Optimistisch zeigt sich auch Martin Ammon vom Marktforschungsinstitut EuPD. „Man kann davon ausgehen, dass die Preise der Batteriespeicher jährlich um rund zehn Prozent sinken werden“, erklärt der Experte. Das liege vor allem an der starken Ausweitung der Produktionskapazitäten, auch für Elektroautos. 

Vernetzte Speicher

Allerdings trägt längst nicht jeder Batteriespeicher auch tatsächlich dazu bei, die Energieversorgung zu stabilisieren. Denn an sonnigen Tagen sind die Akkus oft schon am Vormittag vollgeladen. Wenn dann die Fotovoltaikanlagen mittags ihre maximale Leistung erreichen, können die Speicher keinen Strom mehr aufnehmen – als Stütze für die Netze fallen sie aus. Verhindern lässt sich das, indem die Speicher gezielt dann laden, wenn die Solarsysteme am meisten Energie liefern. 

Wie das funktionieren kann, zeigt ein Besuch bei der Familie Koch-Hadek in der Wertachau, einer Einfamilienhaussiedlung bei Augsburg. Dort erprobt der lokale Energieversorger Lechwerke, wie sich Speicher, Solaranlagen und auch der lokale Verbrauch aufeinander abstimmen lassen. Auf dem Dach hat die Familie Fotovoltaikmodule installiert und im Keller einen Batteriespeicher. Gleich daneben steht eine Waschmaschine, die sich per Signal aus der Ferne einschalten lässt. Auch der Geschirrspüler in der Küche ist mit einer Fernsteuerung ausgerüstet. Solarsystem, Akku und Haushaltsgeräte sind mit anderen Anlagen und Speichern in der Nachbarschaft über das Internet vernetzt. Herzstück dieses Verbunds ist eine Software, die laufend den Ertrag der Solaranlagen, den Ladestand der Speicher und den Stromverbrauch der gut hundert teilnehmenden Haushalte misst. Zudem greift sie auf Wetterprognosen zu. Ein Algorithmus wertet all diese Daten aus und weist jedem Haushalt einen individuellen Verbrauchsfahrplan zu. Steuergeräte setzen ihn dann um – etwa indem sie die Batterie der Koch-Hadeks mittags nicht vollladen, weil für den Nachmittag noch mehr Sonne prognostiziert ist. Oder indem sie die Spülmaschine einschalten, wenn der Akku nicht den gesamten Solarstrom aufnehmen kann. „Das funktioniert ganz wunderbar“, sagt Nadja Koch-Hadek. Im Alltag mache sich die Fernsteuerung so gut wie gar nicht bemerkbar. „Der einzige Unterschied zu früher ist, dass wir uns jetzt Gedanken darüber machen müssen, bis wann wir die Wäsche gewaschen oder das Geschirr gespült haben wollen.“ 

 

Batterien allein werden allerdings nicht genügen, wenn Windräder und Solaranlagen die Kohlekraftwerke ersetzen sollen. Denn wo soll der Strom herkommen, falls im unwahrscheinlichen Fall der Fälle mal längere Zeit kein Wind weht und keine Sonne scheint? Dafür werden größere Speicher benötigt.  

Batterie im Grafikstil mit schwachem Ladestatus
Batterien allein werden nicht genügen. Es werden größere Speicher benötigt.

Wind im Gasnetz

Ein vielversprechender Ansatz ist das „Power to Gas“-Konzept: Überschüssiger Ökostrom wird genutzt, um Wasser per Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Eingespeist ins Erdgasnetz, erzeugen Gaskraftwerke mit dem Wasserstoff Strom, sobald Energie gebraucht wird. „Die heute vorhandenen Speicherkapazitäten im Erdgassystem reichen theoretisch aus, um den deutschen Strombedarf für mehr als drei Monate zu decken“, erklärt Michael Sterner von der Technischen Hochschule Regensburg. In rund dreißig Pilotanlagen sammelt die Energiebranche derzeit Erfahrungen mit diesem Speicherkonzept und versucht vor allem, die Effizienz dieser Technik zu steigern. 

Batterien, Power to Gas, dazu die Pumpspeicher an Land – allein mit den heute verfügbaren Technologien ließe sich laut Deutschem Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) der Anteil der Erneuerbaren im Strommix auf bis zu 80 Prozent steigern. Und es ist nur eine Frage der Zeit, wann es 100 Prozent sein können. Wird dem Erfindungsgeist freier Lauf gelassen, kann man selbst mit Bremsen Strom gewinnen: Das tut das amerikanische Unternehmen Ares mit seinem „Schienenspeicher“: Eine Lokomotive fährt mit ungenutztem Ökostrom einen Berg hinauf. Mangelt es an Energie, rollt sie wieder hinunter. Beim Bremsen verwandelt ein Generator die Bewegungsenergie wieder in Strom. So einfach – so genial. Und ein Beleg dafür, dass genug Ideen existieren, um die Energiewende zu beschleunigen. 

Hinweis der Redaktion: Dieser Artikel ist erstmals in der ersten Ausgabe des Green City Life Magazins (Erstveröffentlichung in Ausgabe 2/2016) erschienen. Die besten Beiträge haben wir hier in unseren Stories nochmals Online gestellt.  

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