Dennis L.
Energiespeicher sind essenziell, um die Energiewende erfolgreich zu gestalten – innovative Lösungen sind gefragt. Doch welche Technologien dominieren und wie können sie die Klimaziele bis 2045 unterstützen? Eine aktuelle Studie des Fraunhofer ISE liefert spannende Einblicke in die Zukunft der Energiespeicherung.
Freiburg (Deutschland). Die Energiewende erfordert innovative Ansätze, um erneuerbare Energien nahtlos in das Stromnetz zu integrieren. Die wetterabhängige Stromerzeugung aus Solar- und Windkraft führt zu Schwankungen, die eine stabile Energieversorgung erschweren. Energiespeicher übernehmen hierbei eine zentrale Funktion: Sie speichern überschüssige Energie und geben sie bei Bedarf wieder ab.
Unterschiedliche Technologien bieten hier Lösungen für die spezifischen Anforderungen. Pumpspeicherkraftwerke gelten als etabliert und effizient, während Batteriespeicher vor allem durch ihre Flexibilität punkten. Wasserstoff eröffnet darüber hinaus Perspektiven als Langzeitspeicher, insbesondere im industriellen Bereich. Die Fraunhofer ISE-Studie zeigt, wie solche Speichertechnologien in einem klimaneutralen Energiesystem bis 2045 eingesetzt werden können.
Die Energiewende stellt hohe Anforderungen an die Energieinfrastruktur. Erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie liefern Strom wetterabhängig und oft zu Zeiten, in denen der Verbrauch gering ist. Diese Diskrepanz zwischen Erzeugung und Nachfrage führt zu Herausforderungen, die ohne Energiespeicher nicht zu bewältigen sind.
Energiespeicher gleichen diese Schwankungen aus, indem sie überschüssige Energie aufnehmen und bei Bedarf zurück ins Netz einspeisen. Das ist entscheidend, um die Stabilität des Stromnetzes zu sichern und Blackouts zu verhindern. Gleichzeitig ermöglichen sie eine effizientere Nutzung von erneuerbaren Energien, indem Erzeugungsspitzen nicht verloren gehen. Somit sind sie ein unverzichtbares Element für eine nachhaltige Energieversorgung und die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende.
Die Speicherung von Energie erfordert unterschiedliche technologische Ansätze, die sich in ihrer Anwendung und Effizienz unterscheiden. Abhängig von der benötigten Kapazität und dem Einsatzbereich bieten verschiedene Technologien maßgeschneiderte Lösungen für die Energiewende.
Pumpspeicherkraftwerke gehören zu den etabliertesten Energiespeichern. Sie speichern Energie, indem Wasser in höher gelegene Speicherbecken gepumpt wird. Bei Bedarf wird das Wasser wieder abgelassen, wodurch Turbinen Strom erzeugen. Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 80 Prozent gelten sie als äußerst effizient und eignen sich besonders für großflächige Energieversorgungssysteme.
Batteriespeicher bieten eine schnelle Reaktionszeit und sind flexibel einsetzbar. Sie sind ideal, um kurzfristige Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Moderne Lithium-Ionen-Batterien erreichen Wirkungsgrade von über 90 Prozent und werden zunehmend als dezentrale Speicher in Privathaushalten oder in Verbindung mit Photovoltaikanlagen eingesetzt. Ergänzend könnte bidirektionales Laden einen sinnvollen Beitrag leisten, indem Elektrofahrzeuge als mobile Speicher fungieren, die überschüssige Energie ins Netz zurückführen können.
Wasserstofftechnologien eröffnen neue Möglichkeiten für die Speicherung großer Energiemengen über längere Zeiträume. Überschüssiger Strom wird durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt, der anschließend gespeichert oder für industrielle Anwendungen genutzt werden kann.
Die Speicherung von Energie über lange Zeiträume ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Laut der Fraunhofer ISE-Studie spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle in der langfristigen Energieversorgung, insbesondere in Sektoren, die schwer zu elektrifizieren sind.
Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt, ein Prozess, der mit erneuerbarem Strom betrieben werden kann. Überschüssige Energie aus Wind- und Solarkraft wird so effizient genutzt und in Form von Wasserstoff gespeichert. Dieser kann in großem Umfang gespeichert werden und steht in Zeiten hoher Nachfrage zur Verfügung.
Wasserstoff findet in vielen Bereichen Anwendung. In der Industrie wird er als Energieträger und zur stofflichen Nutzung eingesetzt, etwa bei der Stahlherstellung. Im Verkehrssektor könnte er als Treibstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge dienen, insbesondere dort, wo batteriebasierte Antriebe an ihre Grenzen stoßen. Zudem lässt sich Wasserstoff in Gasturbinen zur Stromerzeugung einsetzen, wodurch er auch zur Netzstabilität beiträgt.
Der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur ist laut der Fraunhofer ISE-Studie entscheidend für die Integration in das Energiesystem. Neben Elektrolyseuren, die an windreichen Standorten im Norden Deutschlands angesiedelt werden, sind Übertragungsnetze notwendig, um Wasserstoff in industriestarke Regionen zu transportieren. Die Studie hebt hervor, dass saisonale Speicherkapazitäten von rund 130 TWh erforderlich sind, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
Die Fraunhofer ISE-Studie skizziert verschiedene Szenarien, die den Weg zu einer klimaneutralen Energieversorgung bis 2045 aufzeigen. Dabei wird deutlich, dass der Erfolg der Energiewende maßgeblich von der Kombination aus technologischem Fortschritt, Infrastrukturentwicklung und gesellschaftlichem Wandel abhängt.
In der Studie werden vier Szenarien untersucht: „Technologieoffen“, „Effizienz“, „Beharrung“ und „Robust“. Das Szenario „Technologieoffen“ beschreibt eine kostenoptimale Transformation, bei der alle verfügbaren Technologien zum Einsatz kommen. „Effizienz“ hingegen setzt auf Verhaltensänderungen und eine gesteigerte Energieeffizienz, um den Energieverbrauch zu senken. „Beharrung“ zeigt die Folgen einer langsamen Umsetzung der Energiewende, während „Robust“ auf geopolitische und klimatische Unsicherheiten reagiert.
Der Ausbau von Erneuerbaren Energien und Speichersystemen erfordert hohe Investitionen. Allein die Erhöhung der Windenergie- und Photovoltaik-Kapazitäten auf insgesamt über 700 GW bis 2045 ist notwendig, um die steigende Stromnachfrage zu decken. Gleichzeitig muss das Strom- und Wasserstoffnetz ausgebaut werden, um Energie effizient zwischen den Regionen zu transportieren. Die Studie beziffert die jährlichen Differenzkosten für eine Transformation des Energiesystems auf bis zu 52 Milliarden Euro – eine Investition, die langfristig zu einer stabilen und nachhaltigen Energieversorgung führt.
Speichertechnologien bleiben auch in der Zukunft essenziell. Während Wasserstoff vor allem für industrielle Anwendungen und als Langzeitspeicher vorgesehen ist, übernehmen Batteriespeicher und andere Kurzzeitspeicher die Aufgabe, kurzfristige Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Die Kombination dieser Technologien gewährleistet eine flexible und stabile Energieversorgung.
