atw - International Journal for Nuclear Power | 04.2023

atw Vol. 68 (2023) | Ausgabe 4 ı Juni
Energiespeicher – Ein Überblick
Kai Dürfeld
Die Bundesregierung hat beschlossen, den Bruttostromverbrauch bis zum Jahr 2030 zu 80 Prozent aus
erneuerbaren Quellen zu speisen. Anders als fossile Energieträger oder Kernenergie sind Sonne und Wind
allerdings nicht grundlastfähig. Nachts funktioniert keine Solarzelle und bei Flaute dreht sich kein Windrad.
Natürlich kann einerseits das europäische Netz für einen Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage
sorgen. Und auch die intelligente Nutzung elektrische Energie kann sicher ihren Teil beitragen. Doch schon
die laute Überlegung, Elektroautos und Wärmepumpen in Phasen mangelnder Energieerzeugung zwangsweise
abzuschalten, stößt auf wenig Gegenliebe und zeigt die Brisanz des Themas. Energieexperten sind sich
deshalb einig: Ohne Speicher wird der Umstieg auf erneuerbare Energien nicht funktionieren. Doch welche
Möglichkeiten gibt es überhaupt, um elektrische Energie zu speichern und wie ist der Entwicklungsstand
der einzelnen Technologien? Dieser Artikel soll einen Überblick geben.
Eine Möglichkeit, die Speicher zu kategorisieren, ist
der Blick auf die Speicherdauer. Nachfolgend wollen
wir drei Gruppen unterscheiden: Die Leistungsspeicher
dienen in erster Linie der Stabilisierung des
Netzes. Sie müssen kurzfristige Schwankungen im
Bereich weniger Millisekunden bis hin zu einigen
Minuten ausgleichen können. Verschiebespeicher
wiederum sorgen dafür, dass Stromangebot und
Nachfrage über den Tag ausgeglichen werden. Zu
guter Letzt dienen Langzeitspeicher dazu, Energie
über Tage und Wochen zu speichern und damit
saisonale Schwankungen abzumildern. Dabei ist
die Speicherung von Energie in aller Regel mit
der Umwandlung von einer Form in eine andere
verbunden. Deshalb sollen uns die verschiedenen
Energieformen als roter Faden dienen, an dem wir
uns bei unserer Reise durch die Welt der Speicher
entlangbewegen.
ENERGY POLICY, ECONOMY ENERGY AND SYSTEMS LAW 27
Keine Regel ohne Ausnahme
Beginnen wir mit einer Ausnahme vom gerade
Gesagtem – den elektrischen Speichern. Denn bei
diesen findet keine Umwandlung in eine andere
Energieform statt. Stattdessen wird die Energie im
elektromagnetischen Feld gespeichert. Was sich
auf den ersten Blick vielleicht der Vorstellungskraft
entzieht, kennen wir von all den vielen Elektrogeräten,
die uns im Alltag begleiten. In ihnen arbeiten
Kondensatoren, die Energie speichern und wieder
abgeben.
Das funktioniert so: Wird Gleichstrom an zwei von
einer isolierenden Schicht getrennten Elektroden angelegt,
baut sich ein elektrisches Feld auf. Das bleibt
auch nach Abschalten des Stroms erhalten – zumindest
für eine gewisse Zeit. Die darin gespeicherte
Energie wird beim Entladen wieder abgegeben. Das
| Kondensatoren Axiale und radiale Bauform.
Foto: SECH SA
kann in sehr kurzer Zeit geschehen, sodass sich Kondensatoren
vor allem als Leistungsspeicher – zum
Beispiel in unterbrechungsfreien Stromversorgungen
(USV) – eignen. Eine Weiterentwicklung stellen
Superkondensatoren und Ultrakondensatoren dar.
Diese nutzen neben der statischen Elektrizität
eines elektrischen Feldes zusätzlich noch elektrochemische
Effekte. Ihre Energiedichte beträgt nur
etwa ein Zehntel einer gleichschweren Batterie.
Allerdings übertrifft ihre Leistungsdichte diese bis
zum Faktor hundert. Das heißt, sie speichern zwar
weniger Energie, können diese aber rasend schnell
aufnehmen und wieder abgeben. Sie sind bereits als
Leistungsspeicher vor allem in mobilen Anwendungen
im Einsatz.
Energie Systems
Energiespeicher – Ein Überblick ı Kai Dürfeld