Die veränderliche Verfügbarkeit erneuerbarer Energien drängt Stromnetzbetreiber und private Haushalte dazu, ein kniffliges Problem zu lösen: Wie lässt sich Strom speichern, um die im Tages- und Jahresverlauf permanent variierenden Mengen bei Stromerzeugung und Stromverbrauch auszugleichen?

Seit über zehn Jahren ist Europa nicht mit so geringen Erdgasreserven (Grafik 1) und mit einem so niedrigen Stand der skandinavischen Wasserspeicher in den Winter gegangen wie in der Saison 2021/22. Zugleich setzt Deutschland die endgültige Abschaltung seiner Kernkraftwerke fort und Frankreich schaltet seine aus Wartungsgründen vorübergehend ab. Die Voraussetzungen sind also ideal für ein Rekordhoch bei den Strompreisen und das Thema der Energiespeicherkapazitäten rückt wieder in den Mittelpunkt. Verschärft wird die Lage dadurch, dass der Ausbau der erneuerbaren Energien diesen Bedarf noch erhöht und neue Paradigmen schafft.

Der massive Ausbau der erneuerbaren Energien führt zwar zur Verringerung der CO2-Emissionen, ändert aber auch die Produktionsspitzenzeiten in der Stromgewinnung. Diese stimmen nicht mehr mit den Spitzenzeiten beim Verbrauch überein.

In der Tat ist Solarenergie nicht mehr „transportierbar“ wie Gas, Wasserkraft oder Kernenergie und wird eher zwischen 8.00 und 18.00 Uhr produziert (Grafik 2). Der erzeugte Strom muss sofort genutzt werden, damit er nicht verloren geht. Die große Frage, wie sich Energie speichern lässt, um sie über den gesamten Tag nutzen zu können, steht also im Zentrum der Forschung.

Die Lösung für den Umgang mit dem produzierten Energieüberschuss besteht daher in der Installation eines Speichers. Verschiedene Speicherformen sind möglich:

hydraulische Systeme, mit denen Wasser für den Bedarf im Winter und/oder in der Nacht in Stauseen gepumpt wird;
Akkus in privaten Haushalten und riesige Speicher-Akkus bei Stromerzeugern;
Wasserstoff, der mithilfe der Elektrolyse hergestellt wird und dann als solcher genutzt oder aber gespeichert und in Strom zurückverwandelt werden kann.

Hydraulische Pumpsysteme werden seit vielen Jahren als Lösung eingesetzt. Künftig werden sie aber nicht mehr ausreichen, da nicht genügend Gebiete für den Bau neuer Stauseen zur Verfügung stehen und zugleich der Ausbau der erneuerbaren Energien voranschreitet. Akkus mit einer Kapazität von 3 bis 14 kWh, die bei Privatpersonen installiert werden, ermöglichen ein Speichern der am Tag erzeugten Energie, um diese abends zu verbrauchen.

Große Speicheranlagen wie die legendäre von Tesla und Neoen gemeinsam entwickelte Hornsdale Power Reserve in Australien mit einer Speicherkapazität von 150 MWh ermöglichen einen schnellen Ausgleich der Netzlast und die Speicherung von Energie in Produktionsspitzenzeiten. Genauso können sie die Versorgung übernehmen, wenn das Netz ausfällt. Vor nicht allzu langer Zeit im Februar 2021 kam es in Texas infolge verschiedener Defekte zu einem mehrtägigen Stromausfall. Mehr als 4,5 Millionen Haushalte und Unternehmen waren ohne Strom. Der Vorfall verdeutlicht uns die Bedeutung der Netzresilienz.

Grüner Wasserstoff wird mittels Wasserelektrolyse zu sehr geringen Kosten produziert, denn für dieses Verfahren wird in Überschusszeiten erzeugter Strom verwendet, der sonst verloren gegangen wäre. Der Wasserstoff wird dann bei hohem Druck gespeichert und kann in das Gasnetz eingespeist werden, in dem er sich mit Erdgas mischt (laut jüngsten Studien bis zu 20 Prozent in der bestehenden Infrastruktur). Genauso kann Wasserstoff dank Brennstoffzellen in Strom zurückverwandelt werden, um den sehr hohen Bedarf bei Verbrauchsspitzen, die allgemein im Winter auftreten, zu bedienen.

Wie sieht die Zukunft der Stromspeicherung aus?

Der Kaufpreis von Akkus halbierte sich über die vergangenen vier Jahre und verringerte sich dank des Erfolgs der Elektrofahrzeuge von 220 $/kWh im Jahr 2017 auf 123 $/kWh im Jahr 2021 (Grafik 3). Die Kapazitäten für die Akkuherstellung stiegen in der Zeit von 2019 bis 2021 um 84 Prozent und dürften sich in den Jahren 2021 bis 2025 um das 4,5-Fache erhöhen. Das ist ein Vorzeichen für Kostensenkungen und somit auch für eine stärkere Verbreitung – sowohl bei Netzbetreibern als auch bei Privathaushalten.

Beim Wasserstoff sind die Kosten für Elektrolyseure, mit denen der Wasserstoff erzeugt wird, ebenfalls sehr stark zurückgegangen und fielen von 2,2 $/W im Jahr 2018 auf 1,1 $/W im Jahr 2021 (Grafik 4). Zahlreiche staatliche Finanzierungsprogramme leisteten ihren Beitrag dazu. Der grüne Wasserstoff wird also auf dem Markt wettbewerbsfähig. Im zweiten Halbjahr 2021, als die Kurse für Erdgas in die Höhe schossen, erreichte er sogar genauso niedrige Preise wie der graue Wasserstoff. Dank dieser neuen Technologien für eine langfristige Stromspeicherung kann grüner Wasserstoff nun bei Produktionsspitzen zu extrem geringen Kosten produziert werden. Das verspricht ihm eine erfolgreiche Zukunft.

Bei den erneuerbaren Energien ist es gelungen, ihre Ausbaukosten auf ein Niveau zu senken, auf dem sie mit fossilen Energien konkurrieren können (Grafik 5).

Daher ist zu hoffen, dass dies bei der Speicherung ebenfalls gelingt. In der Tat erlauben die Produktionskosten für erneuerbaren Strom bereits substanzielle Einsparungen bei den privaten Haushalten (Grafik 6). Diese werden mit Speicher-Akkus ihre Anlagen optimieren können und das dürfte den Ausbau der erneuerbaren Energien noch weiter beschleunigen.

Die Speicherung von Energie wird für die Umstellung des Energiemixes auf erneuerbare Energien wesentlich sein und dürfte sich daher als eine sehr dynamische Wachstumsstrategie erweisen.

Speicherung von Energie als wesentlicher Faktor für den Ausbau erneuerbarer Energien

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