70 Prozent – so groß ist der Anteil der Erneuerbaren Energien an der Stromproduktion laut Bundesnetzagentur (externer Link). Allerdings nur an Tagen, an denen die Sonne scheint und der Wind weht. Herrscht eine sogenannte Dunkelflaute, kann es zu Engpässen und im schlimmsten Fall zu Stromausfällen kommen.
Auf der Fachmesse EES in München (externer Link) werden bis zum 25. Juni Speichertechnologien präsentiert, die das verhindern sollen, darunter Batteriespeichertechnologien und Anlagen zur Wasserstoffproduktion.
Gegen Blackouts soll ein Mix aus Speichertechnologien helfen
Eine internationale Studie (externer Link) unter Leitung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) kommt zu der Erkenntnis: Die Lösung liegt nicht in einer einzigen Speichertechnologie. Es braucht ein ganzes „Ökosystem“ aus Kurzfrist-, Mittelfrist-, Langfrist- und saisonalen Speichern, die sich ergänzen.
Manuel Baumann vom KIT betont, dass jede Technologie ihre eigene Stärke hat – je nach Dauer, Leistung und Einsatzbereich. So gibt es sehr schnell reagierende Kurzfristspeicher wie Kondensatoren oder Schwungräder, die in Millisekunden Leistung bereitstellen können: „Im Mittelfristbereich hat man dann andere Technologien wie das klassische Pumpspeicherkraftwerk.“
Superkondensatoren und Schwungräder reagieren besonders schnell
Kurzfristspeicher müssen Schwankungen im Netz innerhalb von Sekunden oder sogar in noch kürzerer Zeit ausgleichen können. Dazu gehören etwa Hochleistungskondensatoren und Schwungradspeicher. Letztere speichern Energie in einer rotierenden Masse und können sie sehr schnell wieder abgeben. Sie eignen sich, um die Netzfrequenz von stabilen 50 Hertz zu halten, so Manuel Baumann: „Schwungräder sind prädestiniert für kurzzeitige Einsätze, und sind auch in Fahrzeugen oder für industrielle Anwendungen denkbar, genauso wie Batterien. Auch eine Kombination mit Batterien ist denkbar.“
Verschiedene Speichertechnologien müssen passend kombiniert werden
Die zweite Erkenntnis der Studie: Je nach Sektor, also je nachdem, ob Industrie und Gewerbe, ob Gebäude oder der Verkehrs- und Transportsektor mit Energie versorgt werden sollen, müssen passende Kombinationen von Speichertechniken gefunden werden.
Eine Studie (externer Link) der Universität von Edinburgh kommt zum gleichen Ergebnis und listet auf, welche Kombinationen sinnvoll sind und welche nicht. Die Techniken müssen sich ergänzen, so Baumann: „Für den Gebäudesektor gibt es Wärmespeicher und Batteriespeicher, die kombiniert werden können. Für die Industrie auch, je nach Kontext.“
Häufig unterschätzt, aber effektiv: Thermische Speicher
Gerade thermische, also Wärmespeicher, hält Manuel Baumann für oft unterschätzt, „weil ein Großteil unseres Energieverbrauchs nicht stromseitig passiert, sondern wärmebasiert ist.“ Insbesondere in der Industrie benötigen viele Prozesse Wärmeenergie. Diese kann bei Dunkelflaute über thermische Speicher bereitgestellt werden. Manche von ihnen arbeiten mit chemischen Substanzen und funktionieren nach dem Prinzip von Taschenwärmern, also den Gelkissen, die man mit der Hand knetet und die dann Wärme freisetzen.
Wärmespeicher kann man mit Druckluftspeicher kombinieren, führt Manuel Baumann aus. Die Druckluft treibt bei Bedarf Turbinen zur Stromgewinnung an – beides zusammen liefere der Industrie über einige Stunden bis zu einem Tag ausreichend Energie. In Deutschland gibt es bislang ein solches Druckluftspeicherkraftwerk, das seit 1978 in Betrieb ist.
Ein vorerst ungelöstes Problem bleiben sehr lange Dunkelflauten
Für lange Zeiträume der Stromunterversorgung, also tagelange Dunkelflauten von bis zu 14 Tagen, reichen Batterien und Pumpspeicher nicht aus. Hier setzt Manuel Baumann für die Zukunft auf grünen Wasserstoff, der mit überschüssigem Ökostrom per Elektrolyse hergestellt wird. Er lässt sich speichern, transportieren und in Brennstoffzellen oder in technisch angepassten Gaskraftwerken wieder in Strom und Wärme umwandeln. Allerdings gebe es hierfür noch nicht die dafür nötige Infrastruktur.
Den Strombedarf bei Dunkelflauten drosseln
Dennoch sieht Manuel Baumann auch bis dahin die Gefahr eines Stromausfalls bei langen Dunkelflauten als sehr gering an: „Wir haben hier ja auch noch Nachbarn, die uns helfen können. Wir haben ein europäisches Netz, über das wir über Grenzen hinweg Strom beziehen können.“
Im Fall des Falles gebe es zudem die Möglichkeit eines „Demand Side Managements“, also ein Lastmanagement durchzuführen, erklärt der Energiesystem-Experte: „Das heißt, dass man flexible Lasten hat. Verbraucher, die man hier und da etwas steuern kann. In der Industrie muss man die Prozesse nicht abschalten, kann aber die Betriebszeiten verlagern“ – bis die Dunkelflaute beendet ist.
