bisher eingespart mit kleinkraft:

33.300 MWh
16.100 tCO2

Energiespeicher Teil 1

Weltweit gibt es ausreichend nachhaltige Energiequellen um den Energiebedarf der Menschheit abzudeckend. Warum basiert unsere Energiewirtschaft trotzdem noch hauptsächlich auf fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdöl?

Zum einen sind viele erneuerbare Energieträger zeitlich begrenzt verfügbar wie Solarenergie und schlecht planbar wie Windkraft. Um eine möglichst umfassende Versorgung mit nachhaltigen Energieträgern möglich zu machen, ist daher ein Ausgleich auftretender Schwankungen, auf Angebots- und Nachfrageseite, notwendig. Energiespeicher bieten diese Möglichkeit.

Speicher bieten einen Puffer für Störfälle im Netz und erlauben eine Verlagerung des Stromüberschusses, von Zeiten in denen er weniger genutzt wird, zu Hauptbedarfszeiten in den Mittagsstunden. Nicht zuletzt erlauben sie bspw. in Batterieform den mobilen Transport von Energie zu Orten ohne Stromnetzversorgung.

Um Energie als Elektrizität zu speichern, wird diese üblicherweise in andere Energieform z.B. chemische Energie, potentielle Energie, thermische Energie umgewandelt. In einem zweiten Schritt wird sie wieder in den elektrischen Zustand zurückgeführt. Einer der größten Nachteile dabei ist, dass bei jedem dieser Umwandlungsschritt ein Teil der gespeicherten Energie verloren geht. Das Resultat sind schlechte Wirkungsgrade mancher Speichersysteme.

Heutzutage existiert eine Vielzahl von Stromspeichertechnologien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Zum einen liegt dies daran, dass für die jeweiligen Nutzungsbereiche Speicherlösungen mit spezifischen Eigenschaften benötigt werden. Zum anderen befinden sich Speichertechnologien in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. Anhand ihrer Eigenschaften lassen sich Speichersysteme einteilen: (1) Nach der speicherbaren Kapazität, (2) anhand ihres Verwendungszweckes in portabel, mobil und stationär, (3) nach der schnellstmöglichen Entladezeit in Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher und (4) nach der Ladungshäufigkeit in primäre und sekundäre Energiespeicher. Die  gängigste Einteilung basiert auf der für die Umwandlung genutzten technischen Anlage und ist in folgende Gruppen aufgeteilt:

  • Mechanische Energiespeicher: die Speicherung erfolgt in Form von potentieller wie Pumpspeicher und kinetischer Energie wie Druckluftspeicher und Schwungrad)
  • Chemische Energiespeicher sind Speicher, bei denen die Energie durch chemische Umwandlungsprozesse wie Umwandlung in Gas, in flüssige Kraftstoffe oder andere Chemikalien, gespeichert wird;
  • Elektrochemische Energiespeicher: zu diesen zählen Batteriespeicher, die elektrochemische Energie in der Elektrode, wie in dem klassischen Batteriespeicher, oder im Elektrolyt wie in Redox-, Hybrid-Flow-Batteriespeicher, speichern;
  • Elektrische Energiespeicher wie beispielsweise supraleitende magnetische Speicher und Suprakondensatoren;
  • Thermische Energiespeicher: zu diesen gehören sensible Speicher wie Energiespeicherung durch Temperaturzunahme, latente Speicher wie Energiespeicherung basierend auf Temperaturzunahme und Phasenwechsel des Mediums Wärmespeicher sowie thermochemische Speicher basieren auf reversible endotherme Reaktionen;

Aktuell sind Pumpspeicherkraftwerke die wichtigsten Energiespeicher mit weltweit mehr als 90% Marktanteil. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus, gibt es derzeit keine wettbewerbsfähigen Speicheralternativen in derselben Größenordnung.

Speichertechnologien werden auch in Zukunft hohe Aufmerksamkeit erhalten und weitere Investitionen, um technische Entwicklungsschübe auszulösen, sind zu erwarten. Nicht zuletzt um Stromschwankungen und fehlende Leistungskapazitäten auszugleichen (siehe Beitrag Abkoppelung deutscher Energiemarkt). Notwendig ist hierbei das Augenmerk auf die Verbesserung des Wirkungsgrades, die Verlängerung der Lebensdauer, die Steigerung der möglichen Ladezyklen und Speicherdichte sowie auf die Reduktion der Investitionskosten zu legen.

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Quellen und weiterführende Literatur:

Titelbild von Franz Egger (Franz Egger) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Definition und Klassifizierung von Energiespeichern – 2014 (M. Sterner, I. Stadler; Springer-Verlag berlin Heidelberg) In. Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration.

Energie in 60 Minuten. Ein Reiseführer durch die Stromwirtschaft – 2009 (T. Käster und A. Kießling; VS Verlag für Sozialwissenschaften). Kapitel „10 Minuten Netz und Transport“ (S62-72).

Energiespeicher (Energy storage). Hintergrundpapier der VDI-suj Projektgruppe – 2011 (S. Hübner, F. Feldhoff, C. Hofmann, J. O. Kammesheidt und F. Schubert; VDI/ASME Projektgruppe: „Energiekonzept der Zukunft – 100% nachhaltige Energieversorgung 2050“)

Energiespeicher. STE Preprint – 2011 (W. Hennings, J. Linssen, P. Markewitz, S. Voegele; Institut für Energie- und Klimaforschung – Systems Analyse und Technologische Entwicklung des Forschungszentrum Jülich)

Energiespeicher-Technologien im Überblick – 2016 (N.N.)

Speichertechnologien für erneuerbare Energien – Voraussetzung für eine nachhaltige Energieversorgung – 2006 (R. Tamme, A. Jossen und H.-M. Henning)

Zukunftsmarkt Elektrische Energiespeicherung. Fallstudie im Auftrag des Umwelbundesamt – 2007 (P. Radgen; Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit)

Energieeffizienz versus Energiesparen

Persönlich habe ich schon einige Mal miterlebt, dass die Begriffe „Energieeffizienz“  und „Energiesparen“ mit einander verwechselt oder analog genutzt wurden. Energiesparen stellt einen merkbaren Rückgang des Energieverbrauches (in einem betrachteten System) dar. Energieeffizienz hingegen verringert den Energiebedarf pro Nutzungseinheit (z.B. pro produziertes Produkt, pro Stunde eingeschaltetes Licht, pro gefahrenem Kilometer,…). Eine Steigerung der Energieeffizienz kann in einer Energieeinsparung resultieren.

Deutlicher lässt sich dieser Unterschied zwischen Energieeffizienz und Energieeinsparung an einem praktischen Beispiel verstehen. Angenommen in einem Haus gibt es drei Zimmer, mit jeweils einer Glühbirne. Jeden Abend arbeitet in jedem Zimmer jeweils eine Person für 4 Stunden, wobei das Licht angeschaltet ist. Nun wollen die Bewohner ihren Energieverbrauch, und die damit verbundenen Kosten, verringern. Dazu haben sie eine Reihe von Möglichkeiten, u.a. folgende:

  1. Die Bewohner arbeiten zu einer anderen täglichen Uhrzeit, zu der die Sonne scheint.
  2. Die Bewohner arbeiten in Zukunft gemeinsam zur gleichen Zeit in einem Raum.
  3. Die Glühbirnen werden gegen energieeffiziente Modelle ausgetauscht, die pro Stunde, in der sie eingeschaltet sind, weniger Energie benötigen.

Wenn die Umsetzung der verschiedenen Maßnahmen technisch möglich ist, dann führen alle drei Möglichkeiten zu einer Energieeinsparung. Aber nur im letzten Fall handelt es sich auch um eine Erhöhung der Energieeffizienz.

Die drei Maßnahmen haben unterschiedliche Vor- und Nachteile. Für die Steigerung der Energieeffizienz ist eine Investition in neue Technologien notwendig. Der Komfort für die Nutzer bleibt erhalten. Bei den anderen Möglichkeiten ist eine Verhaltensanpassung notwendig. Die Bewohner müssen Abstriche bezüglich ihrer idealen Lösung hinnehmen, wie beispielsweise eine Änderung der Arbeitszeiten oder weniger Arbeitsplatz.

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass eine Erhöhung der Energieeffizienz in der Regel zu einer Energieeinsparung führt, aber nicht alle Energieeinsparungsmaßnahmen zu einer Steigerung der Energieeffizienz führen. Oft stehen in einer Situation unterschiedliche Handlungsmöglichkeiten zur Auswahl. Bei der Entscheidung, welche Lösung am Besten geeignet ist, müssen verschiedene externe Einflussfaktoren und auch Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Mit zunehmender Größe und Anzahl der Komponenten in einem für die energetische Optimierung betrachteten System, steigt die Komplexität exponentiell.  Als Experten helfen wir diese Systeme verständlich zu machen, klare Maßnahmen zu identifizieren und diese umzusetzen. Eine optimierte und kosteneffiziente Energieversorgung lässt sich nur erreichen, wenn sowohl Maßnahmen zum Energiesparen als auch zur Steigerung der Energieeffizienz umgesetzt werden.

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