Energy Storage Technologies as Options to a Secure Energy Supply

Das Energiesystem steht vor einem grundlegenden Wandel: Ein System, das auf die konstante Bereitstellung durch fossile Energieträger ausgerichtet ist, soll durch die umfangreiche Integration erneuerbarer Energien eine nachhaltigere Energieversorgung gewährleisten. Die Herausforderung des Systemwechsels macht sich gegenwärtig in der Stromversorgung am deutlichsten bemerkbar, betrifft aber alle Bereiche des Energiesystems, wenn auch mit unterschiedlichen Auswirkungen. Im Energiesystem werden Energie und/oder Energieträger räumlich von Energieversorgungsnetzen verteilt, während die bedarfsgerechte Bereitstellung gegenwärtig dafür sorgt, dass der Energiebedarf zu jeder Zeit gedeckt wird. Energie aus erneuerbaren Quellen wird in der Regel nicht bedarfsgerecht bereitgestellt; ihr Anteil steigt. Energiespeicher sind eine Möglichkeit, das zeitlich versetzte Angebot mit der Nachfrage zur Deckung zu bringen. Energiespeicher sind Systeme, die eine Energiemenge kontrolliert aufnehmen, sie über einen im Kontext relevanten Zeitraum in einem Speichermedium zurückhalten und mit zeitlicher Verzögerung wieder kontrolliert abgeben können. Zu den Energiespeichern gehören nach dieser Definition auch Verfahrensketten, die diese Aspekte durch eine Kombination verschiedener Technologien abbilden. Als mechanische Großspeicher für elektrischen Strom dienen heute fast ausschließlich Pumpwasserspeicherkraftwerke, die zukünftig durch Druckluftspeicherkraftwerke und eventuell Luftzerlegungsanlagen ergänzt werden könnten. Im Bereich der elektrochemischen Energiespeicher befinden sich verschiedene Technologien im Forschungs‐, Entwicklungs‐ und/oder Demonstrationsstadium für einen Einsatz in der stationären großtechnischen Stromspeicherung. Thermische Speichertechnologien beruhen auf der Speicherung von sensibler Wärme, der Ausnutzung von Phasenübergängen, Adsorption‐/Desorptionsprozessen oder chemischen Reaktionen, die prinzipiell eine dauerhafte und verlustfreie Speicherung von Wärme ermöglichen können. Die Speicherung von Energie in Form chemischer Bindungen in stofflichen Speichern verläuft über Substanzen, die selbst als Energieträger oder Chemikalien verwendet werden können; sie befinden sich damit in direkter Konkurrenz zu alternativen Bereitstellungs‐ und Nutzungsvarianten. Die Schlüsseltechnologie hierbei ist auf absehbare Zeit die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoff kann wiederum durch verschiedene Verfahren in andere Energieträger umgewandelt werden. So lässt er sich in verschiedenen Sektoren des Energiesystems und/oder in energieintensiven Industrieprozessen stofflich nutzen. Teilfunktionen von Energiespeichern können auch von Industrieprozessen wahrgenommen werden. Dem Energiesystem in seiner Gesamtheit eröffnen sich neue Optionen, die bisher weitgehend getrennten Energieversorgungsströme zu verknüpfen und zu vernetzen. Neben der Möglichkeit, verstärkt erneuerbare Energien außerhalb des Stromsektors zu nutzen, ergeben sich auch neue Bedingungen für eine verstärkte Flexibilisierung, neuartige Synergieeffekte und zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten. Anhand verschiedener Referenzfälle wird der mögliche Einsatz von Speichertechnologien aufgezeigt und bewertet.