Die Energiewende ist ein Generationenprojekt. Mit dem Ziel, fossile Energieträger durch erneuerbare Energien zu ersetzen, stehen wir vor einer großen Herausforderung: Sonne und Wind liefern Strom nicht konstant, sondern abhängig von Wetter und Tageszeit. Insbesondere während der sogenannten Dunkelflaute, wenn weder die Sonne scheint noch der Wind weht, muss dennoch eine stabile Energieversorgung sichergestellt werden. Umgekehrt führt ein Überangebot von Strom zu Überlastungen im Netz und teuren Abschaltungen. Dabei können kurzfristig sogar negative Strompreise entstehen, wenn beispielsweise an einem sonnigen und windigen Sonntag viel Strom produziert aber wenig verbraucht wird und der überschüssige Strom dringend abgeleitet werden muss.

Stromspeicher sind hier der Schlüssel: Sie können die Energie genau dann verfügbar machen, wenn sie auch gebraucht wird, und somit Netzstabilität, Effizienz und die Wirtschaftlichkeit der Energiewende sicherstellen. Doch welche Speichertechnologien gibt es, und welche Aufgaben übernehmen sie?

Batteriespeicher sind wahre Multitalente und bereits heute aus vielen Bereichen nicht mehr wegzudenken. Moderne Heimspeicher können beispielsweise 5-15 kWh Energie speichern, während größere Systeme bis zu mehreren Megawattstunden Strom für tausende Haushalte aufnehmen können. Ihr Vorteil: Sie sind schnell aktivierbar, modular skalierbar und damit für unterschiedlichste Szenarien geeignet. Besonders interessant ist ihr Einsatz in direkter Verbindung mit erneuerbaren Energien.

Photovoltaikanlagen erzeugen ihre höchste Leistung in den Mittagsstunden, wenn die Nachfrage jedoch vergleichsweise gering ist. Deshalb ist die Kombination von Batteriespeichern mit Photovoltaikanlagen ein besonders effizientes Modell: bei Heim- und Gewerbespeichern kann sie kann die Eigennutzung des günstigen Solarstroms um bis zu 70% erhöhen. Großspeicher machen den Energiemix auch Abends grüner. Hier wird überschüssiger Strom tagsüber in den Speicher geladen und später, beispielsweise in den Abendstunden, ins Netz eingespeist. Das reduziert Spitzen im Stromnetz und Solaranlagen arbeiten wertstiftend statt abgeschaltet zu werden.

Batterien können auch als eigenständige Speicher betrieben werden, als sogenannte Standalone-Systeme. Diese helfen dabei, die Netzstabilität zu sichern, indem sie Stromspitzen ausgleichen und flexibel auf Schwankungen reagieren. Gleichzeitig bieten sie wirtschaftliches Potenzial durch ihre Multi-Market-Funktionalität. Ob Intraday- oder Interday-Handel, Regelenergie (also Energie zur Stabilisierung der Netzfrequenz) oder zukünftige Märkte: Batteriespeicher leisten einen wichtigen Beitrag, um die Energiewende bezahlbar zu machen.

Gewerbebetriebe mit hohem Energieverbrauch profitieren von Batteriespeichern, die Lastspitzen reduzieren und den Eigenverbrauch von Solarstrom steigern können. Besonders für Unternehmen, die über 100.000 kWh im Jahr verbrauchen, wird dies relevant, da Überschreitungen der Leistungsspitze jede Kilowattstunde verteuern. Ein Speicher sorgt hier für Entlastung und verbessert die Wirtschaftlichkeit, vor allem in Schichtbetrieben.

Pumpspeicherwerke sind der Klassiker unter den Energiespeichern und weltweit führend in Bezug auf Speicherkapazität. Allein in Deutschland beläuft sich ihre Gesamtkapazität auf etwa 40 Gigawattstunden. Sie speichern Energie durch das Hochpumpen von Wasser in ein höhergelegenes Becken, das bei Bedarf durch eine Turbine abgelassen wird, um somit Strom zu erzeugen. Ihre Effizienz, Langlebigkeit und enorme Kapazität machen sie zu einem unverzichtbaren Baustein der Energiewende. Allerdings ist ihr Ausbau aufgrund geografischer und infrastruktureller Anforderungen limitiert. Dennoch bleibt ihre Bedeutung hoch – insbesondere als Ergänzung zu Batteriespeichern und anderen Lösungen.

Nicht immer muss überschüssiger Strom als Elektrizität gespeichert werden. Thermische Speicher, wie sie in Power-to-Heat-Systemen eingesetzt werden, wandeln Strom in Wärme um, die in Nahwärmenetzen oder industriellen Prozessen genutzt werden kann. Dabei kann ein großer Warmwasserspeicher beispielsweise die Wärmeenergie von mehreren Megawattstunden Strom aufnehmen. Diese Technologie ist besonders effizient in der Kombination mit industriellen Anwendungen oder zur Versorgung von Fernwärmenetzen. Sie ermöglicht es, Strom, der ansonsten verloren gehen würde, sinnvoll zu nutzen.

Neben etablierten Speicherlösungen gibt es spannende Zukunftstechnologien, die das Potenzial der Energiewende erweitern können.

Die wachsende Anzahl von Elektroautos mit ihren eingebauten Batterien kann ebenfalls zur dezentralen Energiespeicherung beitragen. Mit der Vehicle-to-Grid-Technologie könnten E-Autos nicht nur Strom laden, sondern auch bei Bedarf ins Netz zurückspeisen. Dies würde Spitzenlasten abfedern und das Netz entlasten und Einnahmen bringen. Die Herausforderungen liegen hier jedoch in der erforderlichen standardisierten Infrastruktur sowie der Entwicklung von Batterien, die häufiges Be- und Entladen ohne Leistungseinbußen bewältigen.

Der Power-to-X-Ansatz bedeutet, dass überschüssiger Strom in andere Energieformen wie Wasserstoff, Methan oder synthetische Kraftstoffe umgewandelt wird. Diese lassen sich langfristig speichern und in verschiedenen Sektoren einsetzen, etwa in der Industrie, der Mobilität oder als Heizenergie. Obwohl die Umwandlungseffizienz bei Power-to-X-Technologien derzeit nur bei rund 50-60% liegt, bieten sie großes Potenzial für die Langzeitspeicherung. Besonders Wasserstoff wird hier als zentrale Technologie gesehen, um fossile Energien in schwer elektrifizierbaren Bereichen zu ersetzen.

Wie beschrieben ist der Einsatz und Ausbau von Pumpspeicherkraftwerken limitiert, weshalb Ingenieure innovative Lösungen entwickeln. Sie kehren das Prinzip einfach um und speichern den Strom statt in der Höhe in der Tiefe. Genauer gesagt in der Meerestiefe. Möglich machen das Kugelpumpspeicherkraftwerke. In einer Tiefe von über 500 Metern werden hohle Betonkugel mit einem Durchmesser von neun Metern und einem Gewicht von 400 Tonnen verankert. Die Kugel wird aufgeladen, indem Wasser herausgepumpt wird. Sobald das Wasser wieder in die Kugel strömt, wird Strom erzeugt.

Ein weiteres zentrales Element der Energiewende ist die Nutzung erneuerbarer Energie dort, wo sie erzeugt wird. Stromspeicher helfen, regional produzierten grünen Strom vor Ort verfügbar zu machen und Transportverluste zu minimieren.

Besonders mit Photovoltaikanlagen gekoppelte Batteriespeicher unterstützen dieses Ziel. Innovative Ansätze wie Speicher in Ladeinfrastrukturen, die langsam Energie aufnehmen und sie bei Bedarf schnell an Schnellladestationen abgeben, sind weitere Beispiele für intelligente Speicherlösungen, die die Netzbelastung verringern und die Versorgung sicherstellen.

Kein einzelner Speicher kann alle Anforderungen der Energiewende erfüllen. Der Schlüssel liegt somit in einem Mix aus Speichertechnologien, die sich gegenseitig ergänzen. Batteriespeicher, Pumpspeicherwerke, thermische Speicher und Power-to-X-Systeme spielen alle ihre Stärken aus, um eine nachhaltige, stabile und wirtschaftliche Energieversorgung zu gewährleisten. Darüber hinaus wird stets an neuen und effizienten Speicherlösungen geforscht.

Die rhenag arbeitet bereits an Projekten, um die Speichertechnologien der Zukunft in der Region zu etablieren. Obwohl aktuell die Kapazitäten noch begrenzt sind, stehen größere Vorhaben in den Startlöchern. Ziel ist es, den regionalen grünen Strom in der Region zu halten, optimal zu nutzen und damit einen wertvollen Beitrag zur Energiewende zu leisten.