Speicher als Missing Link der Energiewende

Sonnen- und Windenergie unterliegen wetterbedingt teils großen Schwankungen. Neue Technologien für die Energiespeicherung sollen dieses Problem lösen.

Von Ursula Rischanek

Der Klimawandel zeigt seine Auswirkungen immer stärker. Weltweit ist die mittlere Temperatur gegenüber dem vorindustriellen Niveau bereits um beinahe ein Grad Celsius angestiegen. In Österreich beträgt der durch Messungen belegte durchschnittliche Temperaturanstieg sogar bereits zwei Grad Celsius. Damit ist in der Alpenrepublik bereits jener Wert erreicht, der beim Pariser Klimagipfel als Maximalwert fixiert wurde. Dem Ende 2015 unterzeichneten Abkommen zufolge soll der Anstieg der globalen Erwärmung nämlich bei weniger als zwei Grad, möglichst sogar bei nur 1,5 Grad gestoppt werden. Das gelingt jedoch nur, wenn die Emission von Treibhausgasen möglichst bald reduziert wird: nach Angaben des Weltklimarates sollte der CO2-Ausstoß bis zum Jahr 2030 halbiert werden. Europa ist diesbezüglich auf einem guten Weg, wurde doch der Ausstoß an Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen bereits deutlich gesenkt. Er könnte nach Einschätzung der EU-Kommission bis 2030 um 45 Prozent unter dem Wert von 1990 liegen. Im globalen Kontext ist dies jedoch nur ein Tropfen auf dem heißen Stein, ist doch die EU nur für zehn Prozent der globalen Klimagase verantwortlich. Weltweit gesehen ist der Ausstoß an Kohlendioxid – dem wichtigsten Treibhausgas – 2017 nach dem UN-Umweltprogramm (UNEP) wieder gestiegen, und zwar auf 53,5 Milliarden Tonnen.

Dekarbonisierung als Ziel

Dreh- und Angelpunkt dafür ist Reduktion der Treibhausgas-Emissionen. Einer der wichtigsten Schritte dafür wiederum ist die Dekarbonisierung, also der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger wie Erdgas, Erdöl und Kohle. Die EU-Kommission legt da die Latte hoch: Demnach soll Europa als erste Volkswirtschaft der Welt bis 2050 klimaneutral werden. Ähnliche Ziele sind in der Klima- und Energiestrategie der österreichischen Bundesregierung vorgesehen: Bis 2030 soll 100 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Quellen kommen, bei der Wärmeversorgung soll dies 2050 der Fall sein.

In diesem Zusammenhang gewinnt ein Thema zunehmend an Bedeutung: die Speicherbarkeit der aus erneuerbaren Quellen gewonnenen Energie. Konkret geht es dabei um Wind- und Sonnenenergie. „Bei Biomasse ist die Speicherung kein Problem“, sagt der Klima- und Energieexperte Erwin Mayer. Wetterbedingt unterliegt nämlich die Stromproduktion aus Wind und Sonne großen Schwankungen. Ist der Himmel grau oder herrscht Flaute, liefern Solaranlagen und Windparks kaum Strom. Andererseits kann passieren, dass bei viel Wind und Sonne viel Strom erzeugt wird. Ist dann der Verbrauch gering, entstehen Überkapazitäten. Mit dem Effekt, dass Windräder abgeschaltet werden oder der Strom in Kraftwerken in Hitze verwandelt und so aktiv vernichtet wird. Denn das Stromnetz per se sei kein Speicher, so Mayer, es verteile jedoch die Lastspitzen besser. Erneuerbare Energie speichern zu können ist also aus zwei Gründen wesentlich: Zum einen sollen Ressourcen nicht sinnlos verpuffen. Zum anderen geht es darum, diesen Strom künftig zur Stabilisierung der Netze und Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit entsprechend speichern zu können. Speichermöglichkeiten gibt es zwar bereits jetzt. Meist werden damit jedoch kurzfristige Schwankungen ausgeglichen, der intersaisonale Ausgleich ist eher nicht möglich. Wir haben uns die wichtigsten Technologien für Sie angesehen.

Pumpspeicherkraftwerke

Mithilfe des aus Sonnen- und Windenergie gewonnenen Stroms wird Wasser in höhergelegene Speicherteiche gepumpt. Steigt der Stromverbrauch, wird aus diesem Wasser abgelassen und treibt dabei Turbinen an, die wiederum Strom produzieren. „In Österreich haben wir zu einem Drittel Pumpspeicher, wie etwa in Kaprun. Und sind damit in Europa Spitzenreiter“, weiß Mayer, der den Wirkungsgrad der Pumpspeicherkraftwerke mit rund 70 Prozent beziffert. Als Nachteil nennt er die Tatsache, dass diese Technologie eher auf den kurzfristigen Ausgleich von Stromschwankungen ausgelegt sei.

Elektrochemische Energiespeicher

Lithium-Ionen- oder Nickel-Cadmium-Batterien, wie sie auch in Elektroautos eingebaut sind, sind dank ihres hohen Wirkungsgrades gut als Stromspeicher geeignet. „Man kann immer mehr Energie auf immer kleineren Volumina und Massen speichern“, erklärt Mayer. Das Einsatzgebiet ist breit gefächert: Sie können sowohl bei den Erzeugern, zwischen den verschiedenen Netzebenen, die von Hoch- bis Niederspannung gehen, oder auch bei den Endverbrauchern installiert werden. „In den USA werden mittlerweile ganze Windparks so gespeichert. Das ist oft günstiger, als das Netz zu verstärken“, sagt Mayer. Wer aus der am Dach befindlichen Fotovoltaikanlage Energie in einen Batteriespeicher führen will, muss allerdings dafür tief in die Tasche greifen. „Für eine Fünf-Kilowatt-Fotovoltaikanlage ist ein Zehn-kW-Speicher notwendig. Der schlägt mit etwa 10.000 Euro zu Buche. Und kostet damit so viel wie die Fotovoltaikanlage“, sagt Mayer. Daneben dürfe der Sicherheitsaspekt nicht vernachlässigt werden: Ein Brand eines Lithium-Ionen-Akkus sei nämlich weder mit Wasser noch mit Schaum zu löschen. Angesichts der doch hohen Investitionskosten zeichne sich mittlerweile ein Trend von der Einzellösung hin in Richtung Micro Grids, also kleine, dezentrale Stromnetze und Quartierspeicher, ab. Parallel dazu sei die Forschung daran interessiert, Batterien auf Basis ökologischer Rohstoffe zu entwickeln. Doch auch Batteriespeicher fungieren zumindest derzeit nur als Kurzzeitspeicher, weiß Michael Harasek vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik und Simulation an der TU Wien. Würde man beispielsweise einen Windpark mit einer Leistung von 20 Megawatt vom Netz nehmen und in den Batteriespeicher führen, wäre dieser binnen weniger Minuten voll.

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