Speicher

Der massive Zubau fluktuierender regenerativer Energien führt im Stromnetz zu einem immer größeren zeitlichen Ungleichgewicht von Erzeugung und Verbrauch. Dies erfordert in immer höherem Maße überregionalen Ausgleich (Netzausbau), Lastmanagement, Erzeugungsmanagement und schließlich die Speicherung der elektrischen Energie, um sie später wieder einspeisen zu können. Die Speicherung der elektrischen Energie erfolgt im Regelfall indirekt, d. h. der Überschuss-Strom wird dazu genutzt, Energie entweder in mechanisch-potenzielle Energie (Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicherkraftwerk), mechanisch-kinetische Energie (Schwungradspeicher) oder (elektro)chemische Energie (Blei-Säure-Batterie, Lithium-Ionen-Batterie, Redox-Flow-Batterie, Nickel-Metallhydrid-Batterie, Nickel-Cadmium-Batterie, Wasserstoffspeicherkraftwerk) umzuwandeln und in dieser Form zu speichern. Zur Rückeinspeisung wird diese speicherbare Form der Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. Alternativ kann die Speicherung direkt in Form elektrischer (elektrostatisch bzw. elektromagnetisch) Energie erfolgen (Doppelschichtkondensatoren, supraleitende magnetische Spulen), jedoch ist hierbei die Speicherung großer Energiemengen im Regelfall zu aufwendig. Eine weitere Alternative sind thermische Speicher, bei denen die eingespeicherte Energie jedoch nicht zurückgewandelt, sondern als thermische Energie genutzt wird. Ein wirtschaftlicher Betrieb von Speichern ist derzeit nur in Nischenanwendungen möglich, bei denen schon heute ein Speicher technisch notwendig ist (bspw. in Inselnetzen). Eine Ausnahme bilden die technologisch ausgereiften und weltweit in großer Anzahl eingesetzten Pumpspeicherkraftwerke. Mittel- und langfristig ist ein relevant hoher Bedarf an zusätzlichen Energiespeichern im Netz absehbar. Für diesen Bedarf sind große F&E-Anstrengungen notwendig, um diese in Zukunft zuverlässig und wirtschaftlich in das Netz und den Markt zu integrieren. Beim Ranking der Technologien nach Relevanz und F&E-Potenzial ergeben sich vier Gruppen, von "sehr wichtig" (I) bis "nicht wichtig" (IV), wie Abbildung 8-5 zeigt. Hierbei wird bei der Relevanz das europäische Energiesystem und europäische Firmen in den Vordergrund gestellt, ebenso bei F&E-Potenzial die deutsch/europäische Sicht. Eine hohe Relevanz und ein hohes F&E-Potenzial für Deutschland/Europa weisen adiabate Druckluftspeicherkraftwerke (A-CAES) und Wasserstoffspeicherkraftwerke (H2-GuD) für große Speicherleistungen sowie Redox-Flow-Batterien für mittlere Leistungen und Lithium-Ionen-Batterien für mobile Anwendungen auf. An zweiter Stelle der Priorität stehen thermische Speicher und Lithium-Ionen-Batterien für stationäre Anwendungen. Ebenso sind Kurzzeitspeicher wie Schwungräder und Doppelschichtkondensatoren (DSK) aussichtsreiche F&E-Themen. Dagegen sind Natrium-Schwefel-Batterien (NaS), Bleibatterien und supraleitende magnetische Spulen (SMES) nur in einzelnen Aspekten von F&E-Bedeutung. Nickel-Metallhydrid- (NiMh) und Nickel-Cadmium-Batterien (NiCd) haben aus Sicht der F&E-Förderung keine Bedeutung. Bei Druckluftspeicherkraftwerken besteht Forschungsbedarf insbesondere bei der Entwicklung adiabater Verdichter und kostengünstiger, eventuell druckfester Hochtemperatur-Wärmespeicher. Bei den Wasserstoffspeicherkraftwerken sollte die Entwicklung von effizienten und preiswerten Hochdruck-Elektrolyseuren vorangetrieben werden. Langfristig von Bedeutung ist außerdem die Entwicklung von Gasturbinen (vorrangig Brennerentwicklung), die mit reinem Wasserstoff betrieben werden können. Relevante F&E-Themen bei den Redox-Flow-Batterien sind neben der Kostensenkung bei Membranen und im Stackbau die Entwicklung neuer Elektrolyte ("beyond Vanadium") und Membranen sowie geeignete Stack- und Zelldesigns. Bei den Lithium-Ionen-Batterien für mobile Anwendungen soltle dagegen der Fokus auf der Entwicklung langlebiger und kostengünstiger Batterien und auf der Erhöhung der Sicherheit von großen Zellverbünden liegen.