Wie Batteriespeicher die Energiewende sichern

Die beiden riesigen Schornsteine überragen die Bucht von Monterey im US-amerikanischen Bundesstaat Kalifornien. Einst gehörten die 150 Meter hohen Bauten im Örtchen Moss Landing zum größten kalifornischen Gaskraftwerk. Doch das ist längst außer Betrieb: In dem riesigen Turbinenhaus der Anlage stehen heute anstelle von Gasturbinen endlose Reihen weißer Container. Weitere der mannshohen Kisten reihen sich rings um das Gebäude auf.

Rund um die Welt entstehen derzeit immer mehr solcher großen Batteriespeichersysteme. Zusammen mit anderen Speichertechnologien bilden sie einen wichtigen Baustein für die Energiewende. Schließlich steht grüner Strom aus Sonne und Wind nicht immer im selben Maß zur Verfügung: Bei starkem Wind und bei Sonnenschein brummt die Stromproduktion, während sie nachts, im Winter oder bei Flaute zum Erliegen kommen kann. „Speichertechnologien müssen darum die Schwankungen bei Erzeugung und Verbrauch ausgleichen“, erklärt Friederike Wenderoth, Teamleiterin Infrastruktur & Gesamtsystem bei der Deutschen Energie-Agentur (dena).

Das Prinzip dabei: Wenn gerade viel Strom zur Verfügung steht, dann wird er in Speichern abgelegt und kann dort bei großer Nachfrage, bei Flaute oder bei Dunkelheit wieder abgerufen werden. Nur über solche Ausgleichsspeicher bleibt die Stromversorgung stabil und verlässlich. „Ohne leistungsfähige Stromspeicher keine Energiewende“, betonen Wissenschaftler der Internationalen Energieagentur (IEA) und des Europäischen Patentamts (EPA) in einer Studie.

Zum Speichern von grünem Strom stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Einige davon sind bereits etabliert, andere werden gerade erst erforscht. Aktuell wird überschüssiger Ökostrom in Deutschland vor allem über Pumpspeicherwerke zwischengespeichert. Bei diesem ausgereiften Verfahren treibt Strom Pumpen an, die Wasser in ein hoch gelegenes Speicherbecken befördern. Bei Bedarf wird das Wasser abgelassen und erzeugt dabei über Turbinen wieder Strom.

Daneben etabliert sich zurzeit die sogenannte Power-to-X-Technologie, bei der Ökostrom zur Produktion von Wasserstoff genutzt wird. Damit lassen sich beispielsweise Kraftstoffe herstellen oder Blockheizkraftwerke und Gasturbinen antreiben, die wiederum Strom gewinnen. Dazu kommen aktuell noch eher experimentelle Technologien wie etwa Druckluftspeicher, für die Luft unter Hochdruck in unterirdische Salzstöcke oder Gaskavernen gepresst wird. Beim Ablassen treibt die Luft eine Turbine zur Stromproduktion an.

„Im Vergleich zu anderen Technologien haben Batterien als Energiespeicher einige Vorteile“, sagt dena-Expertin Wenderoth. So brauchen Batteriespeicheranlagen keine besonderen geografischen Voraussetzungen wie Pumpspeicherwerke, sie lassen sich problemlos an den meisten Orten errichten und bei Bedarf flexibel erweitern. Sie können überschüssigen Strom sehr viel schneller als andere Systeme speichern und wieder abgeben, um so das Netz zu stabilisieren. Und sie haben einen höheren Wirkungsgrad als andere Technologien – das heißt, es geht beim Speichern und Abrufen von Strom vergleichsweise wenig Energie verloren.

Je nach Größe kommen Batteriespeicher auf unterschiedlichen Ebenen zum Einsatz. Kleinere Anlagen können bei Verbrauchern zu Hause etwa lokal erzeugten Solarstrom zwischenspeichern. Werden mehrere davon in einer Nachbarschaft vernetzt, sind diese Speichernetze in der Lage, selbst kleinste Stromschwankungen in Quartieren oder sogar ganzen Kommunen blitzschnell auszugleichen. Industrie und Gewerbe können mittelgroße Batteriespeicher mit Angeboten zur Elektromobilität für ihre Mitarbeiter kombinieren. Und große Batteriespeicherkraftwerke kommen bei Netzbetreibern zum Einsatz, die damit ihren Netzbetrieb regeln und stabilisieren.

Denkbar sind auch Großspeicheranlagen, die aus ausgedienten oder neuen Batterien von Elektroautos bestehen. Damit lassen sich die Akkus weiterverwerten oder bis zum Verkauf eines E-Autos frisch halten. Zudem gibt es Forschungsprojekte zum bidirektionalen Laden. Mit dieser Technologie sollen auch jene Akkus, die in E-Autos gerade in Benutzung sind, zu temporären Zwischenspeichern vernetzt werden, während die Fahrzeuge an der Ladesäule hängen. Damit ließe sich ein flexibles dezentrales Speichernetz aufbauen.

Die meisten dieser Anwendungen stecken zurzeit noch in den Kinderschuhen. Das liegt unter anderem daran, dass Batterien für große Anwendungen heute noch vergleichsweise teuer sind. „Es werden aber deutliche Kostensenkungen in den nächsten Jahren erwartet“, erklärt das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Nach Angaben des US-Energieministeriums sind die Preise für Batteriespeicher in den USA zwischen 2015 und 2018 bereits um fast 70 Prozent gesunken. Dieser Abwärtstrend wird sich voraussichtlich fortsetzen. So erwartet das vom US-Energieministerium finanzierte National Renewable Energy Laboratory (Nationales Labor für erneuerbare Energien), dass die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien bis 2030 um weitere 45 Prozent fallen.

Experten gehen davon aus, dass die installierte Leistung schnell zulegen wird, wenn die Preise weiter fallen – eine ähnliche Entwicklung wie schon bei Photovoltaikzellen. So sieht die Deutsche Energie-Agentur in einer Studie voraus, dass die installierte Leistung bei Großbatteriespeichern von aktuell weniger als einem Gigawatt bis 2037 auf mehr als 20 Gigawatt stark wachsen wird.

Ob große Anlagen oder kleine Stromspeicher zu Hause im Keller: Batterien werden also künftig das Portfolio für Speichertechnologien ergänzen und so mithelfen, die Energiewende zu einem Erfolg zu machen. „Alle Speichertechnologien haben Vor- und Nachteile, es kommt auf die richtige Mischung an“, sagt Friederike Wenderoth. Generell aber gelte: „Je mehr Speicher, desto besser."