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01. Feb. 17

Speicherriese in Schwerin: Der Stromversorger Wemag betreibt in der Landeshauptstadt von Mecklenburg-Vorpommern Europas größten kommerziellen Batteriespeicher. In der turnhallengroßen Anlage stehen knapp 26.000 Lithium-Ionen-Zellen.

Wohin mit all dem Strom?

Das Kernproblem der Energiewende ist die schwankende Leistung von Wind- und Solarkraft. Stromspeicher könnten es lösen. Wir stellen die wichtigsten Technologien vor

Angebot und Nachfrage: An der Energiebörse EEX ist der Strompreis im vergangenen Jahr zeitweise ins Negative gefallen. Die Erzeuger mussten also draufzahlen, um ihren überschüssigen Strom loszuwerden. Besser wäre es, ihn zu speichern.

Von Volker Kühn

Der 6. Mai 2016 war ein besonderer Tag für die Energiewende, in doppelter Hinsicht sogar. Ein Tag zum Jubeln und zugleich einer, der nachdenklich stimmt. Denn er hat auf imposante Art gezeigt, wie weit Deutschland beim Umbau der Stromversorgung bereits ist – und wie groß die Hindernisse noch immer sind.

Grund dafür waren die ungewöhnliche Wetterlage und ein kalendarischer Zufall. Am 6. Mai blies der Wind mit fester Brise, während die Sonne vom oft wolkenlosen Himmel strahlte. Landauf, landab flutete Ökostrom aus Windparks und Solaranlagen die Netze. Weil der 6. Mai zugleich ein Brückentag war und der Stromverbrauch deshalb niedrig lag, konnte Deutschland seinen Bedarf zu 87,6 Prozent aus erneuerbaren Quellen decken – ein Rekord, der Klimaschützer in Jubelstimmung versetzte.

Nachdenklich stimmt dagegen, was an diesem Tag an der Strombörse EEX in Leipzig geschah. Denn dort schlug der Preis geradezu irrwitzige Kapriolen. Zwar drosselten Atomreaktoren ihre Leistung genauso wie Gas- und Kohlekraftwerke, während gleichzeitig Windräder und Solaranlagen vom Netz genommen wurden, um so die Leitungen vor dem Kollaps zu bewahren. Aber trotzdem produzierte Deutschland einen derart gewaltigen Stromüberschuss, dass der Preis an der Börse zeitweise ins Negative fiel.

Die Kraftwerksbetreiber zahlten also drauf, um ihren Strom loszuwerden – nach Angaben der Denkfabrik Agora Energiewende bis zu 13 Cent je Kilowattstunde. Und Kritiker sahen sich einmal mehr darin bestätigt, dass die Energiewende vor allem eines ist: ein milliardenteurer Wahn.

Dabei gäbe es bessere Wege, um mit Stromüberschüssen umzugehen, als sie an der Börse zu verschleudern. Einer davon ist der Ausbau von Energiespeichern. Neben einer engeren Verknüpfung der deutschen und europäischen Stromnetze sehen Experten darin den entscheidenden Ansatz zur Lösung des Kernproblems der Energiewende: der schwankenden Erzeugung regenerativer Stromquellen.

Speicherriese in Schwerin: Der Stromversorger Wemag betreibt in der Landeshauptstadt von Mecklenburg-Vorpommern Europas größten kommerziellen Batteriespeicher. In der turnhallengroßen Anlage stehen knapp 26.000 Lithium-Ionen-Zellen.

Wenn eine Bö durch die Windparks fährt und die Produktion nach oben schnellt, werden in Schwerin 26.000 Lithium-Ionen-Zellen aufgeladen

Zwar gibt es bundesweit bereits diverse Speicher, doch ihre Kapazität ist gering. Dabei wächst ihre Bedeutung. Denn je mehr Kohle-, Gas- und Atomkraftwerke durch Ökostromquellen ersetzt werden, desto stärker schwankt die Produktion. Und desto wichtiger ist es, diese Schwankungen auszugleichen.

Grundsätzlich lassen sich drei verschiedene Speichertypen unterscheiden: solche, die kurzzeitige Schwankungen im Netz abfangen können, von wenigen Sekunden bis zu einigen Minuten. Solche, die den mittelfristigen Bedarf von einigen Stunden decken. Und solche, die einspringen können, wenn tagelang Flaute in den Windparks herrscht und Wolken die Sonne verdecken.

Als Kurzzeitspeicher bieten sich vor allem Batterien an, denn sie können je nach Bedarf sehr schnell Energie aufnehmen oder abgeben. Europas größter kommerziell genutzter Batteriespeicher hat im September 2014 in Schwerin eröffnet. In einem turnhallengroßen Gebäude des Stromversorgers Wemag stehen dort knapp 26.000 Lithium-Ionen-Zellen von Samsung SDI; geliefert hat die Anlage die Berliner Firma Younicos.

Der Batteriespeicher erspürt binnen Millisekunden, wenn die Frequenz im Stromnetz vom Sollwert 50 Hertz abweicht, und reagiert darauf, indem er Strom abgibt oder aufnimmt. Wenn etwa eine kräftige Bö durch einen Windpark in der Ostsee jagt oder sich Wolken über einen Solarpark in Brandenburg schieben, werden die Zellen in Schwerin ge- oder entladen.

Die Kapazität der Anlage liegt bei fünf Megawattstunden, das heißt, sie kann theoretisch bis zu einer Stunde lang fünf Megawatt Strom ins Netz einspeisen. Das würde genügen, um 500 Durchschnittshaushalte einen Tag lang komplett zu versorgen. Der Wirkungsgrad liegt bei 90 bis 95 Prozent: Die Energie, die in den Batteriespeicher fließt, kann also fast vollständig wieder abgegeben werden.

Bewährte Technik: Pumpspeicherkraftwerke wie dieses in Thüringen stabilisieren bereits seit Jahrzehnten die Stromnetze in Deutschland. Der Ausbau der Technologie stößt allerdings an natürliche Grenzen – es gibt schlicht zu wenige geeignete Standorte.

Die deutschen Pumpspeicher könnten den gesamten Strombedarf des Landes decken – bis zu einer halben Stunde lang

Neben Kurzzeitspeichern werden auch Anlagen für den mittelfristigen Bedarf benötigt. Hier kommen vor allem Pumpspeicher zum Einsatz. Sie nutzen überschüssige Energie, um Wasser aus einem niedriger gelegenen Becken in ein höheres zu pumpen. Gibt es einen Engpass im Stromnetz, fließt es wieder zurück und erzeugt über einen Generator Energie.

Die Kapazität aller deutschen Pumpspeicher zusammen lag nach Zahlen des Sachverständigenrats für Umweltfragen 2010 bei 40 Gigawattstunden und dürfte sich seither nur wenig verändert haben. Damit könnte Deutschland rund 30 Minuten lang komplett versorgt werden. Der Wirkungsgrad von Pumpspeichern erreicht allerdings nur gut 75 bis 80 Prozent, also deutlich weniger als Batteriespeicher.

Dem weiteren Ausbau dieser Technologie sind zudem Grenzen gesetzt: Anders als Länder wie Norwegen verfügt das dicht besiedelte Deutschland über nur noch wenige geeignete Standorte. Deshalb gibt es Überlegungen, alte Bergwerksstollen zu nutzen oder auch tiefe Schächte an stillgelegten Atomkraftwerken.

Bedeutend größer ist das Potenzial zum Ausbau von Druckluftspeichern. Sie nutzen überschüssigen Strom, um Luft in unterirdische Kavernen zu pressen. Bei Bedarf entweicht sie wieder und treibt Generatoren an, ähnlich wie das Wasser eines Pumpspeicherwerks.

Gerade in Norddeutschland gibt es viele Salzstöcke, die als Druckluftspeicher genutzt werden könnten. Weltweit existieren bislang allerdings nur zwei größere Anlagen dieser Art: im US-Bundesstaat Alabama und im niedersächsischen Huntorf bei Oldenburg.

Das Problem von Druckluftspeichern ist aktuell ihr geringer Wirkungsgrad von nur 40 bis 50 Prozent. Ingenieure arbeiten allerdings daran, ihn durch die Kopplung von Druckluft- und Wärmespeichern zu verbessern.

Gewaltiges Potenzial: Beim Power-to-Gas-Verfahren wird Wasser elektrisch in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten und anschließend mithilfe von CO2 Methangas erzeugt. Auf diese Weise könnte das deutsche Erdgasnetz zur Speicherung von Ökostrom genutzt werden.

Wer Energie in Methangas verwandelt, macht das gewaltige deutsche Erdgasnetz zum Speicher für Ökostrom

Der dritte Speichertyp neben Anlange für den kurz- und mittelfristigen Bedarf sind Langzeitspeicher. Wenn in einigen Jahren oder Jahrzehnten all die Atommeiler und ein Großteil der fossilen Kraftwerke abgeschaltet sind und eine tage- oder gar wochenlange Flaute in Deutschlands Windparks herrscht, braucht das Land trotzdem Energie. Die könnte dann aus dem Power-to-Gas-Verfahren kommen.

Dabei wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der Wasserstoff lässt sich speichern und kann zu einem späteren Zeitpunkt zum Beispiel über eine Gasturbine wieder verstromt werden. Herkömmliche Gaskraftwerke vertragen Wasserstoff allerdings nur als kleine Beimischung. Um die Technologie in großem Stil zu nutzen, muss daher in einem zweiten Schritt CO2 zum Wasserstoff hinzugefügt werden, um so Methangas herzustellen, was in etwa Erdgas entspricht. Dadurch ergeben sich auf einen Schlag gewaltige Speicherkapazitäten. Denn das deutsche Erdgasnetz verfügt über ein Speichervolumen von 220 Terawattstunden und wird zudem weiter ausgebaut.

Ein Problem ist allerdings auch hier der Wirkungsgrad. Beim Erzeugen von Wasserstoff mithilfe von Strom geht bereits ein Viertel der Energie verloren. Weitere 15 Prozent verschlingt die anschließende Umwandlung in Methangas. Und wird daraus im letzten Schritt wieder Strom gewonnen, bleiben nur noch gut 35 Prozent der ursprünglichen Energie übrig.

Doch diese Rechnung wird attraktiver, wenn man sich die Alternativen vor Augen hält: Strom an der Börse zu verschenken, Ökokraftwerke herunterzuregeln, wenn sie am meisten produzieren, und fossile Kraftwerke in Reserve zu halten.

Vor diesem Hintergrund ist ein Ausbau der Speichertechnologien neben anderen Schritten zur Stabilisierung der Stromnetze unverzichtbar.

Larissa Dieckhoff
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