Sprungbrett für Erneuerbare

KONFERENZ Für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien sind geeignete Speichertechnologien zwingend erforderlich. Verbessert werden muss dazu die Leistungsfähigkeit heutiger Lösungen. Gefordert ist hier auch die Forschung.

30. Januar 2007

Über 200 Teilnehmer aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik informierten sich im Wissenschaftspark in Gelsenkirchen über Speichertechnologien, Trends und Forschungsfelder. Ziel war, eine „Schnittstelle zwischen Forschung und Anwendern“ herzustellen, wie Professor Dr. Dirk Uwe Sauer von der RWTH Aachen, wissenschaftlicher Vorsitzender der von Eurosolar veranstalteten Konferenz, betonte. Infolge des Ausbaus erneuerbarer Energien werde die Bedeutung elektrischer Energie gegenüber fossilen Brennstoffen steigen, prognostizierte Eurosolar- Präsident Dr. Hermann Scheer. Gerade Offshore-Windkraft in Verbindung mit der Netzstabilität wirft dabei aber Fragen auf: Windparks bei Stromüberschuss abzuregeln widerspreche jeder Wirtschaftlichkeit. Auch ein übermäßiger Ausbau des Übertragungsnetzes sei nicht sinnvoll. Die Lösung liege in der Speicherung. Stimmen aus dem Publikum plädierten aber auch dafür, zuerst Speichererfordernisse zu minimieren, etwa durch verbessertes Lastmanagement. Scheer warnte, beides gegeneinander auszuspielen, denn es gelte, die Technik marktreif zu machen.

Es gibt bereits heute eine Vielzahl an Energiespeichern in unterschiedlichsten Entwicklungsstufen: Stromspeicherung kann elektrisch, mechanisch und elektrochemisch erfolgen, letztere mit internen oder externen Speichern. Wärmespeicherung kann sensibel, latent, sorptiv und thermochemisch sein.

Hoffnungsträger Supercaps

Von Interesse sind hier die Dauer der Energiebereitstellung (typische Entladedauer, installierte Speicherkapazität) und die Größenordnung der gelieferten Leistung (installierte Lade-/Entladeleistung) - im Wärmebereich das erforderliche Temperaturniveau. Für Stromspeicher ergibt sich aus beiden letzteren Parametern ein Angebot an jeweils geeigneten Technologien, wobei Batterien die meisten Einsatzfelder abdecken.

Die Beiträge zu den Stromspeichern zeigten einen möglichen Zukunftspfad: auf Kondensatoren (Supercaps) und Supraleitenden Spulen (SMES) ruhen hier große Hoffnungen. Diese liefern zwar sehr hohe Leistungen, sind aber noch teuer und liefern nur wenig Energie. Die Markteinführung schaffen derzeit Schwungradspeicher, welche schnell Energie bereitstellen können: Matthew L. Lazarewicz von Beacon Power Corporation (USA) erklärte, 2007 werde man eine 1-MW-Anlage bauen, für 2008 plane man Anlagen mit 10 bis 20 MW Leistung.

Großes Interesse fanden Druckluftspeicher, die mittels unterirdischer Kavernen arbeiten. Fritz Crotogino von KBB Underground Technologies GmbH in Hannover erklärte, neue Projekte mit 150 bis 3.000 MW Output könnten bei voller Auslegungsleistung mit einer Speicherkapazität zwischen 1 und 2 Tagen und darüber arbeiten. Jedoch ist mit einem Wirkungsgrad von 42 % (Huntorf, D) oder 54 % (McIntosh, USA) die Wirtschaftlichkeit noch ein Problem. Forschungen zielen auf Wirkungsgrade von 70%, die mit dem adiabaten Prinzip erreicht werden können. Bei diesem speichert man die Kompressionswärme, um sie bei Stromabgabe wieder zu nutzen. Eine Renaissance könnte das Thema Pumpspeicher erfahren, da diese offenbar im großen Leistungsbereich auf längere Sicht unverzichtbar bleiben. Hermann Scheer sieht hier sogar Bedarf an Zubau: „Ein neues Pumpspeicherwerk kann man schwer ablehnen“, sagte er. Hier sei endlich der „Widerspruch zwischen lokalem Biotopschutz und ökologischer Gesamtnotwendigkeit zu überwinden“.

Die Batteriespeicher bieten nach Dr. Marion Perrin vom Institut National de l’énergie solaire (Le Bourget du Lac, Frankreich) große Chancen aufgrund ihrer breiten Einsatzmöglichkeiten. Allerdings zeige sich auch, dass die Vergleichbarkeit von Batteriespeichern ein Problem und deren Leistungsfähigkeit und Lebensdauer stark vom Nutzer abhängig sei: „Ein elektrischer Speicher stirbt nicht, er wird ermordet“, pointierte sie. Batterien mit externen Speichern, wie die Redox-Flow-Batterie, bieten Vorteile beim Betrieb, da man immer nur den Energieträger nachfüllen muss.

Beim Thema Wasserstoff indes hielt man sich auf der Konferenz merkbar zurück: mancher der Referenten stufte ihn als ungeeignet ein. Ulf Bossel vom European Fuel Cell Forum in Oberrohrdorf/ Schweiz forderte, immer die gesamte Kette der Energieumwandlung im Blick zu behalten. Bossel: „Supercaps und Batterien sind deutlich effizienter.“ Das zweite große Feld der Tagung, das der Wärmespeicher, wird derzeit noch angeführt von sensiblen Speichern: > Sie sind ausgereift, relativ günstig und können zum Beispiel solar erwärmtes Wasser über Wochen und Monate speichern. Nachteil ist ihr hoher Platzbedarf. Vorgestellt wurden auch andere Materialien wie Betonspeicher, die Temperaturen bis 500 °C speichern. Sandspeicher bieten sich möglicherweise künftig für solarthermische Kraftwerke als günstigere Alternative zu Salzspeichern an.

Latentwärmespeicher (Phasenwechselmaterialien; engl.: PCM) gewinnen zurzeit an Bedeutung. Im Gebäudebereich werden sie bereits vereinzelt in Wänden und Decken verarbeitet, um überschüssige Wärme zu speichern. Als organische Materialien kommen hier etwa Paraffine zum Einsatz. Eine Möglichkeit, die Leistung von PCM zu steigern, ist nach Peter Schossig vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg die Verwendung von aufgeschäumtem Graphit als Wärmeleitstruktur.

Zu sorptiven Speichern zählen Adsorptions- und Absorptionsverfahren. Aktueller Gegenstand der Forschung sind Metallschwämme (Metalfoams) zur Leistungssteigerung von Sorptionswärmespeichern. Novum sind auch mobile Sorptionsspeicher, die es ermöglichen, Sorptionswärme mittels LKW von Industrieanlagen zum Verbraucher zu fahren. Ein Demonstrationsprojekt des ZAE-Bayern (Erlangen) startet hierzu im Frühjahr 2007. Klassische Sorptionsspeichermaterialien bleiben Silikagele und Zeolithe.

Durch eine weitaus höhere Energiedichte und in vielen Fällen höhere Temperaturniveaus heben sich thermochemische Speicher gegenüber den sensiblen und latenten Speichern ab. Sie sind jedoch noch weiter von der Markteinführung entfernt. Dr. Norbert Hüttenhölscher, Leiter der Energieagentur Nordrhein-Westfalen, stellte fest, dass hier noch einiger Forschungsbedarf bestehe. Bei den thermochemischen Speichern setzt die Wissenschaft große Hoffnungen auf Metallhydride.

Was muss nun der Speicher der Zukunft leisten können? Zuvorderst sind die Lebenszyklus- Kosten durch mehr Energiedurchsatz zu senken. Anzustreben sind eine höhere Lebensdauer und größere Energiedichte bei kleinerem Volumen. Außerdem muss gerade bei Batterien die Umweltverträglichkeit mehr Beachtung finden. Professor Sauer machte in Gelsenkirchen darauf aufmerksam, dass für die Speicherforschung sehr viel mehr Forschungsmittel notwendig sind. „In ganz Deutschland gibt es kein Institut für Energiespeicherung“, bemerkte Sauer.

Von großer Bedeutung sei auch die Schnittstelle zwischen Stromerzeugung und thermischer Speicherung, die bei den Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zu finden ist, sagte der RWTH-Professor.

Anreize im neuen EEG?

Wenn Strom dann produziert werden kann, wenn er gebraucht wird und die Wärme bis zum Bedarfszeitpunkt in thermischen Speichern zwischengespeichert wird, ergeben sich neue Freiheitsgrade und Effizienzgewinne.

Hermann Scheer will sich dafür einsetzen, auch im Rahmen der Novelle des Erneuerbaren Energie Gesetzes (EEG) Anreize einzubauen: Ein Zeitzonensystem über den Tag verteilt könne es attraktiv machen, nächtlichen Windstrom bis mittags zu speichern, um ihn dann teuer zu verkaufen. Auch Photovoltaikstrom werde auf diese Weise aufgewertet, kalkuliert der Eurosolar-Präsident.

Die Tagung zeigte, dass sich die Speichertechnologien für erneuerbare Energiesysteme in einem Entwicklungsstadium wie die Windkraft vor zehn Jahren befinden, wie Malcolm T. Jacques von New Energy Options, Melbourne, bilanzierte. Dies müsse geändert werden, denn ohne Speicherung seien die erneuerbaren Energien auf einen Anteil von 20 % am Strombedarf begrenzt. Eurosolar möchte die Speicherkonferenz jährlich fortsetzen, um die Fortschritte zu dokumentieren und weiter auf das Thema aufmerksam zu machen.

Überblick:

Effizienz-Index einzelner Energiespeicher

• Kondensatoren (Supercaps) 0,90

• Lithium-Ionen-Batterien 0,86

• Schwungradspeicher 0,81

• Blei-Säure-Batterien 0,77

• Pumpspeicher-Kraftwerke 0,72

• Druckluft, potenziell 0,64

• Gasförmiger Wasserstoff 0,32

• Flüssiger Wasserstoff 0,25

Quelle: Ulf Bossel

Erschienen in Ausgabe: 01/2007