Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

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nicht mehr weiter komprimiert werden muss. Dies erhöht den Wirkungsgrad der reinen Gasturbine erheblich.
CAES-Speicher sind also prinzipiell nichts anderes als Gasturbinen, bei denen die Kompression der
Verbrennungsluft zeitlich und anlagentechnisch von der Nutzung in den Turbinen getrennt ist. Das einzige
CAES-Kraftwerk Deutschlands (Huntdorf, Baujahr 1978, 290 MW, 310.000 m 3 Speichervolumen) hat einen
Wirkungsgrad von 42%, dieser könnte jedoch prinzipiell durch eine optimierte Systemauslegung auf etwas
über 50% gesteigert werden. Insgesamt ist die Effizienz aufgrund der hohen Wärmeverluste der komprimierten
Luft jedoch eher gering.
Um den Wärmeverlust der CAES Technik zu umgehen, werden adiabatische Druckluftspeicher (AA-
CAES, advanced adiabatic CAES) entwickelt, die die Kompressionswärme zwischenspeichern und beim
Entladen zur Aufwärmung der entspannten Luft nutzen. Dadurch kann die komprimierte Luft direkt, ohne
Gasbefeuerung, genutzt werden, der Gesamtwirkungsgrad kann Werte von ca. 70% erreichen. Dieses
Konzept ist jedoch noch nicht erprobt. Hauptschwierigkeit ist naturgemäß der riesige Wärmespeicher, der
bei Speichertemperaturen von mehreren hundert °C arbeiten muss. Als Materialien kommen z.B. poröse
Keramiken bzw. Beton in Betracht. Verschiedene Systemkonfigurationen werden derzeit z.B. in einem EUgeförderten
Projekt untersucht. Erste Kraftwerke könnten frühestens 2020 in Betrieb gehen.
2.4 Elektrische Speicher: Supraleitende Spulen und Doppelschichtkondensatoren
Eine möglichst direkte „elektrische“ Speicherung von elektrischer Energie erscheint auf den ersten Blick ein
sehr effektiver Ansatz, da hier Verluste bei der Umwandlung in andere Energieformen (mechanische Energie,
chemische Energie) vermieden werden. Hauptvertreter dieser Speichertechnologien sind supraleitende
Spulen (SMES), die Energie im magnetischen Spulenfeld speichern, sowie Doppelschichtkondensatoren
(Supercaps, Ultracaps), die Energie im elektrischen Feld speichern. Beiden – technologisch sehr unterschiedlichen
– Ansätzen gemeinsam ist ein sehr hoher Lade/Entladewirkungsgrad von über 95% sowie eine leider
relativ hohe Verlustrate von über 10% pro Tag. Beide Speicher sind beliebig oft zyklierbar, die Systemkosten sind
jedoch immens hoch. Sie liegen etwa drei Größenordnungen über den spezifischen Kosten (pro Kilowattstunde)
eines Pumpspeicherkraftwerkes. Damit sind elektrische Speicher für großtechnisches Netzmanagement ungeeignet
– Hauptanwendungszweck (im stationären Bereich) wird aufgrund der kurzen Ansprechzeiten und der
großen Leistungsdichte die Notstromversorgung im Millisekundenbereich sein. Darüberhinaus werden Supercaps
im mobilen Bereich eine zunehmende Rolle als Leistungspuffer für Elektrofahrzeuge spielen.
2.5 Elektrochemische Speicher
In elektrochemischen Speichersystemen werden beim Ladevorgang durch eine äußere Kraft Elektronen von
einem Reaktionspartner auf einen zweiten Reaktionspartner übertragen, d.h. ein Stoff gibt Elektronen ab
(Oxidation), ein anderer Stoff nimmt Elektronen auf (Reduktion). Dies führt zu einer Änderung des Energiezustandes
des Gesamtsystems und einer damit verknüpften von außen messbaren Zellspannung. Beim
Entladevorgang läuft dieser Prozess selbstständig, von der Spannungsdifferenz angetrieben, in umgekehrter
Richtung ab. Die beiden Reaktionszonen (Anode und Kathode) sind durch einen elektronisch isolierenden,
aber ionenleitenden Elektrolyten verbunden, durch den der Stromkreis geschlossen wird. Die maximale
Energiedichte (in Wh/kg) wird maßgeblich durch die Masse der aktiven Reaktionspartner bestimmt. Prinzipiell
versprechen daher elektrochemische Speicher auf Basis Lithium (M=3) sehr viel höhere Energiedichten als
z.B. Bleiakkumulatoren (M=207).
Elektrochemische Energiespeicher sind ein wichtiger aktueller Forschungsschwerpunkt weltweit, sowohl in
der universitären Grundlagenforschung als auch im industriellen Bereich. Dabei werden sehr viele sehr
unterschiedliche Systeme untersucht und optimiert.