Energie XXL-Batterien als Lösung für das Stromproblem?

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Was das Handy im Kleinformat hat und das Elektroauto ein bisschen üppiger, das gibt es auch in Übergröße: Batterien als Stromspeicher. Aber lässt sich damit das Stromproblem lösen?

Die Energiekrise macht deutlich, wie wichtig Vorsorge gegen mögliche Stromengpässe oder gar -ausfälle ist. Reservekraftwerke mit Kohle und Gas, die bei Bedarf hochgefahren werden, sind eine Möglichkeit, die heutzutage genutzt wird. Diese Aufgabe muss in Zukunft auch von geeigneten Alternativen zum Energiespeichern wahrgenommen werden. Eine sind Batterien in XXL.

Die chinesische Zentralregierung hat in der Hafenstadt Dalian jetzt den ersten Großspeicher mit sogenannter Redox-Flow-Technologie in der Volksrepublik bauen lassen. Er solle mit einer Leistung von 200 Megawatt (MW) und einer Kapazität von 800 Megawattstunden (MWh) bei einem Totalausfall über vier Stunden Regierung, Krankenhäuser, Krisenabteilungen, Kommunikationseinrichtungen und Rettungsdienste notversorgen, schrieb die lokale Zeitung „Dalian Ribao“.

Der derzeit größte Batteriespeicher mit einer Leistung von 400 MW und einer Kapazität von 1600 MWh steht im kalifornischen Moss Landing. Zum Vergleich: Europas größtes Batteriespeicherkraftwerk in Jardelund in Schleswig-Holstein kann laut den Ingenieuren nur etwa 50 MWh elektrische Energie speichern und sie mit 48 MW bereitstellen.

„Der Moss Landing Battery Storage ist aber nicht der größte Energiespeicher der Welt“, sagt Peter Fischer vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal bei Karlsruhe. „Pumpspeicherkraftwerke können Gigawattstunden (GWh) an Kapazität und Gigawatt (GW) an Leistung haben.“ Das größte Pumpspeicherwerk in Deutschland, im thüringischen Goldisthal, habe eine Leistung von etwas mehr als 1 GW und eine Kapazität von etwa 8,5 GWh. Damit sei das Pumpspeicherwerk im weltweiten Vergleich auch eher klein.

Der Bedarf für Batteriespeicher wächst stark. Experten der Denkfabrik Agora Energiewende gehen in einer Analyse etwa davon aus, dass die drei Märkte Regelreserve, Elektromobilität und Hausspeicher im Jahr 2050 das deutsche Stromsystem im minimalen Fall mit etwa 40 Gigawatt und im maximalen Fall mit über 170 Gigawatt stark prägen könnten.

Strom speichern ist teurer als Strom erzeugen

Das Problem ist laut Fischer, dass Stromspeicherung teurer ist als Erzeugung. Erneuerbare Energien wie Photovoltaik und Windenergie seien mit auf die Lebenszeit gerechneten zwei bis sieben Cent je Kilowattstunde die günstigsten Quellen. Damit diese niedrigen Kosten erreicht werden können, darf der Strom aus dem Speicher inklusive der Verluste nicht mehr kosten. „Dazu sind noch Anstrengungen nötig.“

Ziel von Forschung und Entwicklung sei es, die Technologien kostengünstiger zu machen und höhere Speichereffizienzen zu erreichen, erklärt Fischer. Es sei absehbar, dass solche Anlagen innerhalb der nächsten Jahre wirtschaftlich werden. „Dann wird die Kombination aus Erneuerbaren und Speichern an vielen Orten sehr viel günstiger sein als andere Energieerzeugertechnologien.“

Dabei braucht es aus Sicht von Manuel Baumann vom Institut für Technikfolgenabschätzung des Karlsruher Instituts für Technologie neben dem Ausbau erneuerbarer Energien und Netzkapazitäten Speicher auf allen Ebenen. Dazu zählten kurz- und langfristige Speicherung, dezentrale und auch die richtig großen Anlagen etwa für sogenannte Übertragungsnetzbetreiber. Als solcher plant zum Beispiel Transnet-BW in Kupferzell im Nordosten Baden-Württembergs einen „Netzbooster“ mit 250 MW, auch um bestehende Leitungen besser auszulasten und ein Auf- und Abregeln von fossilen Kraftwerken zu reduzieren.

„Im Zuge der Energiewende nimmt aber auch die dezentrale Versorgung zu, zum Beispiel über Photovoltaik“, sagt Baumann. Lokal könne etwa wegen besserer Wetterbedingungen ein Energieüberschuss entstehen, der ins Netz gespeist werden kann. „Da machen dezentrale Speicher Sinn.“ Denn jede Transformation von Energie führt zu Verlusten. Wenn der Strom lokal direkt verbraucht wird, ist dies von Vorteil.

Verschiedene Typen von Batteriespeichern

Die Technologie, mit der die Batteriespeicher arbeiten, unterscheidet sich je nach Typ: Schon seit mehr als 100 Jahren geläufig seien solche mit Blei, zum Beispiel in der Notstromversorgung. Die häufigste Form sind Lithium-Ionen-Batterien, wie sie prinzipiell auch in Smartphones und Elektroautos stecken oder als Speicher daheim für die Photovoltaikanlage auf dem Dach genutzt werden. Das Moss Landing Battery Storage Project funktioniert ebenfalls damit.

Parallel wird an sogenannten Redox-Flow-Batterien geforscht, wovon eine nun im chinesischen Dalian steht. „Anders als in herkömmlichen Batterien wird die Energie in Flüssigkeiten gespeichert, welche in externen Tanks gelagert werden“, erklärt Fischer vom Fraunhofer-Institut. Die Menge dieser Lösung bestimme die Kapazität der Batterie. Die Leistung der Batterie werde in einem Wandler erzeugt, in dem die Flüssigkeiten hineingepumpt und dort elektrochemisch umgewandelt werden.

Auch der Energiekonzern RWE etwa arbeitet im Projekt „Panta.rhei“ an einer Pilotanlage. Überhaupt spielen Deutschland und Europa Fischer zufolge im Bereich der Redox-Flow-Batterien „eine nicht unwesentliche Rolle“. Von weltweit 41 Produzenten seien 17 in der EU.

„Es gibt keine Technologie, die eine Universallösung darstellt“, sagt Wissenschaftler Baumann aus Karlsruhe. Jede Technologie habe Vor- und Nachteile. Diese müssten mit den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsgebietes abgestimmt werden. Hinzu komme, dass Probleme bei der Beschaffung, Recyclingmöglichkeiten sowie Umwelt- und Gesundheitsrisiken immer mitgedacht werden müssten.

So ist Blei ein giftiges Schwermetall, das gut recycelt werden muss, um nicht in die Umwelt zu gelangen. Die Mengen an Lithium würden irgendwann angesichts massiv steigenden Bedarfs an ein Limit kommen, wenn man kein adäquates Recycling mitdenkt. Für Redox-Flow-Batterien wird unter anderem Vanadium gebraucht, das größtenteils in wenigen Ländern wie China produziert wird, etwa als Beiprodukt der Stahlherstellung.

Unterschiede gibt es Baumann zufolge auch bei der Nutzungszeit: So hätten Speicher mit Blei und Lithium in der Regel eine kalendarische Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren. Die zyklische Lebensdauer, also die Anzahl möglicher Be- und Entladungen, sei sehr unterschiedlich. „Bei hohen Zyklen sind Lithiumbatterien geeigneter als Bleibatterien.» Bei Redox-Flow-Batterien sei die zyklische Lebensdauer potenziell deutlich größer. Wichtig sei, nicht nur auf eine Speichertechnologie zu setzen, sagt der Experte. „Das muss im Portfolio gesehen werden.“

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