Nach dem heutigen Stand der Technik kann elektrische Energie nur sehr begrenzt und kurzfristig gespeichert werden, weswegen bei einem elektrischen Energiespeicher fast immer von einem Speicher gesprochen wird, der elektrische Energie in eine einfacher zu speichernde Energieform umwandelt und später wieder in Strom umwandelt. Alle elektrischen Speicher in eine Definition zu bringen, stellt den Gesetzgeber folglich vor Herausforderungen.
Deswegen wurde die Definition von Energiespeichern erst im Juni 2022, im Zuge des Osterpakets, angepasst und im Energiewirtschaftsgesetz festgelegt.
Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) §3 15d (Seit Juni 22)
Energiespeicheranlage:
„Anlage in einem Elektrizitätsnetz, mit der die endgültige Nutzung elektrischer Energie auf einen späteren Zeitpunkt als den ihrer Erzeugung verschoben wird oder mit der die Umwandlung elektrischer Energie in eine speicherbare Energieform, die Speicherung solcher Energie und ihre anschließende Rückumwandlung in elektrische Energie oder Nutzung als ein anderer Energieträger erfolgt“.
Kurz gesagt ist also ein Energiespeicher ein System, welches Energie in Form von Strom aus dem Stromnetz aufnimmt, gegebenenfalls in eine andere Energieform umwandelt, und dann zeitversetzt wieder in das Stromnetz in Form von elektrischer Energie einspeist.
Es handelt sich bei einem Energiespeicher folglich nicht um einen (End-)Verbraucher, da der aufgenommene Strom nicht selbst verbraucht wird, aber auch nicht um einen Erzeuger, da die Energie durch den Speicher nicht selbst produziert wurde.
Ein Energiespeicher ist also lediglich ein Zwischenspeicher zur temporären Aufbewahrung von Energie.
Durch die kontinuierliche Abschaltung konventioneller Großkraftwerke wie Kohle-, Gas oder Atomkraftwerke und den Aufbau von mehreren Millionen erneuerbaren Erzeugungsanlagen steigt sowohl die Komplexität als auch die Volatilität des deutschen Stromnetzes immens.
Bereits heute kommt es immer häufiger zu Tagen, an denen der Strompreis ins Negative sinkt, insbesondere wenn tagsüber ein deutlicher Überschuss durch PV & Wind produziert wird und abends die Preise wieder massiv steigen und teure konventionelle Kraftwerke hochgefahren werden müssen, um den Bedarf bei Einbruch der Dunkelheit zu decken.
Genaueres hierzu haben ist im Artikel „Batteriegroßspeicher als Schlüsseltechnologie für die Energiewende“ geschrieben.
Zu diesen kurzfristigen Schwankungen innerhalb weniger Stunden kommt die Wetterabhängigkeit und die saisonale Abhängigkeit der erneuerbaren Quellen. Auch bei einer Woche mit bedecktem und windstillem Wetter oder einer deutlich geringeren Produktionsleistung aller PV-Anlagen im Winter muss das deutsche Stromnetz in der Lage sein, Stromerzeugung und Stromverbrauch zusammenzuführen und somit die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
Eine Energiewende nur durch den Ausbau von erneuerbaren Energien zu erreichen ist also nicht möglich und muss zwingend durch einen ebenso schnellen Ausbau von sowohl kurzfristigen als auch langfristigen Energiespeichern ergänzt werden, die das Stromnetz flexibler und stabiler machen und es somit auf die hohe Zahl der volatilen Anlagen vorbereitet. Dies zeigt unter anderem die Fraunhofer Studie „Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem“ vom 12.11.21, die einen enormen Zubau Elektrischer Energiespeicher erwartet. (Anstieg Batteriespeicher von 0,45 GWh im Jahr 2021 auf 83 GWh in 2030)
Die verschiedenen Typen der Energiespeicher unterscheiden sich grundsätzlich darin, in welcher Energieform der Strom gespeichert wird. Generell wird unterschieden in chemische, elektro-chemische, thermische, mechanische und elektrische Energiespeicher.
Je nach Speicherart und deren Eigenschaften resultieren für die Energiespeicher sehr unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten. Manche Speicher eignen sich durch hohe Wirkungsgrade und schnelle Reaktionszeiten besser für die kurzfristige Speicherung von Energie, während andere deutlich effektiver für die langfristige Speicherung sind.
Da sowohl kurzfristige als auch langfristige Energiespeicher nötig sein werden, um die Volatilität von erneuerbaren Quellen auszugleichen, werden im Folgenden die drei Energiespeichersysteme verglichen, die durch ihre potentielle Kapazität und technische Reife die aktuellen Vorreiter im Bereich elektrische Energiespeicher sind.
Für den Ausgleich der kurzfristigen Volatilität (z.B. Tag-Nacht Volatilität), eignen sich aktuell Batteriegroßspeicher am besten. Neben dem höchsten Wirkungsgrad ist die Skalierung der Batteriespeicher deutlich einfacher als der der Pumpspeicherkraftwerke. Pumpspeicherkraftwerke haben hohe geographische Anforderungen, da diese zwingend an einem Ort mit großem Höhenunterschied gebaut werden müssen. Zusätzlich ergeben sich bei den möglichen Standorten für Pumpspeicher häufig auch Risiken für den Naturschutz, was die Planung und Durchführung solcher Projekte erheblich erschweren kann. Batteriegroßspeicher sind dagegen geographisch unabhängig und können überall gebaut werden. Dabei ist der Flächenverbrauch wegen der hohen Energiedichte gering und es bestehen keine nennenswerten Umweltrisiken.
Zusätzlich kann der Bau eines Pumpspeicherkraftwerke 5-10 Jahre dauern, während ein Batteriegroßspeicher innerhalb von 1-2 Jahre ans Netz gehen kann. Da der Ausbau von Energiespeichern in den nächsten Jahren massiv beschleunigt werden muss, um die gesteckte Marke von 80% Strom aus Erneuerbaren Quellen zu ermöglichen, ist die Realisierungsdauer der Speicher ein kritischer Punkt.
Was langfristige Speicherung von Strom angeht, ist Wasserstoff aktuell eine Technik mit besonders hohem Potenzial. Zwar ist der Wirkungsgrad durch die Elektrolyse und Brennstoffzelle deutlich geringer als die eines Batteriegroßspeichers oder Pumpspeichers, jedoch kann der Wasserstoff, in geeigneten Speichermedien (z.B. LOHC-Technologie oder im Erdgasnetz), für lange Zeit gespeichert werden. Somit können damit auch die saisonalen Schwankungen von erneuerbaren Quellen ausgeglichen werden.
Einigkeit besteht unter Experten darin, dass zur Bewältigung zentraler Herausforderungen der Energiewende – zum Ausgleich kurzfristiger Schwankungen der Tag-Nacht Volatilität und zur Absicherung gegen saisonale Schwankungen – sowohl Kurzfrist- als auch Langfrist-Speicher in sehr großem Umfang benötigt werden. Es stellt sich also nicht die Frage nach “Batteriegroßspeicher, Pumpspeicher oder Wasserstoff?”. Vielmehr benötigt das Energiesystem der Zukunft ein “sowohl als auch”.
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