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Solange das Wetter stimmt, funktioniert die Energiewende. Wenn aber weder die Sonne scheint noch der Wind weht, bekommen wir Probleme. Während die Kapazitäten für erneuerbare Energien in den vergangenen Jahren deutlich ausgebaut wurden und an manchen Tagen bis zu 80% des Stromverbrauchs durch Erneuerbare gedeckt werden, müssen bei Windflaute fossile Kraftwerke zur Stromversorgung einspringen. Das ist einer der größten Streitpunkte bei der Energiewende: Die einen sagen, wir bräuchten nur ausreichend Speicher, um die Energiewende zu schaffen; die anderen behaupten, dies sei technisch gar nicht möglich. Was stimmt denn nun? Wir haben uns die beiden Positionen angeschaut.

Warum die Energiewende Speicher braucht

Erneuerbare Energien sind abhängige vom Wetter. Einzig Biogas- und Wasserkraftanlagen stellen eine Ausnahme dar. Rund ein Viertel der erneuerbaren Energien entfallen auf Wind- und Solarkraft und sind damit stark schwankend. Für die Netzstabilität ist dies ein Problem. Damit das Stromnetz nicht zusammenbricht, müssen Produktion und Verbrauch in einem solchen Verhältnis stehen, dass die Sollfrequenz im Stromnetz bei rund 50 hz liegt. Große Schwankungen müssen deshalb ausgeglichen werden. Mit konventionellen Kraftwerken ist dies weitgehend problemlos möglich. Hierzu wird die Kraftwerksleistung einfach entweder gesteigert oder gedrosselt und so die verfügbare Menge Strom im Netz angepasst.

Damit auch die schwankenden erneuerbaren Energien diese sogenannte Regelleistung zur Verfügung stellen können, müssen wir sie entsprechend speichern. Wenn wir eines Tages weitgehend auf fossile Kraftwerke verzichten möchten, brauchen wir also entsprechende Speicher für die Energiewende.

Wie lässt sich Strom für die Energiewende speichern?

Im Alltag nutzen wir hauptsächlich elektrochemische Speicher, also Batterien und Akkus. Die Energie wird hier in chemische Energie umgewandelt und auf diese Weise gespeichert. Leider entstehen bei der Produktion und beim Recycling von Batterien immer auch Umweltschäden. Welche Umweltauswirkungen Batterien für die Energiewende haben und wie ihr CO2-Abdruck ausfällt, haben wir uns auf unserem Blog bereits näher beschrieben. Zu den negativen Umweltauswirkungen bei der Produktion kommen relativ kurze Lebenszeiten. Elektrochemische Speicher sind systembedingt Verschleißteile, lassen sich aber aufbereiten.

Um große Mengen Strom für die Energiewende zu speichern, brauchen wir also auch weitere Speichertechnologien. Eine bewährte Lösung sind Pumpspeicherkraftwerke. Hierbei wird Wasser mit überschüssigem Strom in ein höherliegendes Reservoir gepumpt. Meist ist dies ein künstlicher See auf einem Berg. Der zum Hochpumpen genutzte Strom ist nun in Form von Lageenergie gespeichert. Wenn wir das Wasser durch Turbinen nach unten fließen lassen, entsteht dabei wieder elektrische Energie. Die Frage aber ist: Reicht die Speicherkapazität und wie viel Speicher ist für die Energiewende nötig?

 

 

Zwei Positionen

An der Beantwortung dieser Frage hängt viel, denn sie entscheidet darüber, ob der vollständige Umstieg auf erneuerbare Energien überhaupt möglich ist. Dementsprechend ist die Debatte auch ein politischer Zankapfel, wobei beide Seiten ihre Wahrheit beanspruchen und durchaus gute Argumente vorbringen.

  • Position 1: Die Energiewende ist mit ausreichend Speicherkapazität schon jetzt machbar. Die Voraussetzung hierfür ist der Ausbau der gesamten Infrastruktur hin zu mehr Flexibilität. Der Abschied von fossilen Energieträgern ist möglich.

  • Position 2: Die Energiewende ist in naher Zukunft nicht machbar, weil der Umwandlung und Speicherung von Energie physikalische Grenzen gesetzt sind. Diese lassen sich in absehbarer Zeit nicht technologisch überbrücken. Wir werden noch lange (teilweise) von fossilen Energieträgern abhängig sein.

Speicherausbau um vierstelligen Faktor

Bei beiden Positionen sind die Wirkungsgrade der verschiedenen Speichertechnologien ausschlaggebend. Während die einen auf der Feststellung beharren, dass bei jeder Umwandlung von Energie in eine andere Form Verluste entstehen und die Energiewende deshalb unmöglich sei, setzen die anderen auf eine Optimierung der Wirkungsgrade durch technologischen Fortschritt. Beides hat natürlich großen Einfluss auf die Frage nach der benötigten Speicherkapazität für die Energiewende. Entsprechend der verschiedenen Meinungen und Berechnungsmethoden unterscheiden sich die Schätzungen. Klar ist: Wir brauchen sehr viel mehr Speicher – mit ein paar Batterien ist es nicht getan. Volker Quaschning spricht vom 1000fachen der heutigen verfügbaren Kapazitäten, die etwa 45 GWh betragen. Dr. Björn Peters, Ressortleiter „Energiepolitik“ des Deutschen Arbeitgeberverbands, schätzt den Bedarf auf 80.000 GWh, also sogar deutlich mehr als das 1000fache der heute verfügbaren Kapazität.

Wirkungsgrade der verschiedenen Speichermöglichkeiten

Wie soll ein solch hoher Speicherbedarf gedeckt werden? Die Möglichkeiten sind begrenzt. Die am meisten ausgereifte Technologie sind Pumpspeicherkraftwerke, die schon seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt werden. Ihr Wirkungsgrad liegt bei über 80%. Der Nachteil ist die geringe Gesamtkapazität, schließlich brauchen Pumpspeicherkraftwerk besondere Voraussetzungen: Einen natürlichen Höhenunterschied mit der Möglichkeit, zwei ausreichend große Becken zu vertretbaren Kosten zu schaffen. Diese Gegebenheiten sind selten. Mit Pumpspeicherkraftwerken allein wird die Energiewende deshalb nicht machbar sein.

Bei Solarbetreibern geht der Trend in Richtung dezentraler Batterie. Im Einsatz daheim machen diese Solarspeicher Sinn, da der Eigenverbrauch und damit in vielen Fällen auch die Rentabilität der Solaranlage damit deutlich gesteigert werden kann. Autarkie ist nach wie vor erwünscht und soll, so die Vertreter der ersten Position, auch einen entscheidenden Beitrag zur Energiewende leisten. Das Problem: Selbst die modernsten Lithium-Ionen-Speicher eignen sich nur als kurzfristige, dezentral eingesetzte Speicher. Großbatterien für energieintensive Industrien sind nicht rentabel und auch saisonale Reserven lassen sich mit elektrochemischen Speichern in absehbarer Zeit nicht zur Verfügung stellen.

Die Lösung: Kombikraftwerke mit Methanspeicher

Auf dieses Argument kontern die Optimisten mit einer kombinierten Lösung. Kombikraftwerke mit einer Power-2-Gas-Lösung. Ein Kombikraftwerk ist ein Verbund von Solar- und Windkraftanlage, kombiniert mit der nötigen Infrastruktur zur Umwandlung von Ökostrom in Methan. Via Elektrolyse wird überschüssiger Ökostrom in Wasserstoff und anschließend durch Karbonisierung in Methan umgewandelt. Dieses wird anschließend gespeichert und bei Bedarf in Gaskraftwerken wieder verstromt.

Der Vorteil liegt auf der Hand: Sowohl Speicherkapazitäten in Form von unterirdischen Lagerstätten als auch die nötigen Gaskraftwerke existieren bereits. Sie können schnell angefahren werden und sind grundlastfähig. Zudem entsteht bei der Karbonisierung ein geschlossener CO2-Kreislauf. Das Verfahren ist also CO2-neutral. Die Kritik bezieht sich hier, wie eingangs beschrieben, auf den Wirkungsgrad der Methode. Dieser liegt bei 35 – 50%. Dr. Björn Peters vom Arbeitgeberverband beziffert ihn sogar nur auf 10 – 20%. Das heißt, für jede aus dem Gasspeicher entnommene Kilowattstunde müssten vorher bis zu zehn Kilowattstunden Ökostrom aus Solar- und Windkraft produziert werden.

Dem geringen Wirkungsgrad zum Trotz attestiert eine Studie von „Agora Energiewende“, dass die Energiewende auch in den nächsten 10 bis 20 Jahren ohne große Fortschritte beim Ausbau der Speicherkapazitäten günstig zu realisieren sein wird. Nach der Studie gibt es andere Flexibilitätsoptionen wie intelligentes Lastmanagement, mit denen sich Lastschwankungen ausgleichen lassen.

Fazit

Wer auch Recht behält: Der Investitionsbedarf ist enorm. Nicht nur müssen immer mehr und immer effizientere Solar- und Windkraftanlagen gebaut werden, auch Speicherstätten müssen her sowie zusätzliche Kraftwerke, die das gespeicherte Methan wieder rückverstromen können. Auch müssen sich dezentrale Solarbatterien durchsetzen. Die Anreize sind schon jetzt vorhanden und werden in den kommenden Jahren aller Voraussicht nach weiter steigen. Die nötigen Anreize entstehen durch Skalierungseffekte, die für stetig sinkende Preise sorgen. Dies prognostiert auch die Studie von „Agora Energiewende“, die deshalb keine Probleme bei den Speicherkapazitäten sieht. Ihr Fazit: Auch mit der heutigen Technologie können wir die Energiewende weiter vorantreiben.