Energiespeicher sollen Stromausfälle in Dunkelflauten verhindern. Eine Studie zeigt: Verschiedene Technologien müssen je nach Bedarf und Zweck kombiniert eingesetzt werden.
An guten Sommertagen stammen in Deutschland laut Bundesnetzagentur bereits rund 70 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Quellen. Das gelingt nur, wenn die Sonne scheint und Wind weht. Sobald eine sogenannte Dunkelflaute einsetzt, kann es zu Engpässen und im schlimmsten Fall zu Stromausfällen kommen.
Auf der Fachmesse EES wurden diese Woche in München Speichertechnologien präsentiert, die das verhindern sollen, darunter Batteriespeicher-Technologien und Anlagen zur Wasserstoff-Produktion.
Technik-Mix gegen Dunkelflauten
Eine internationale Studie unter Leitung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) kommt zu der Erkenntnis: Die Lösung liegt nicht in einer einzigen Speichertechnologie. Es braucht ein ganzes „Ökosystem“ aus Kurzfrist-, Mittelfrist-, Langfrist- und saisonalen Speichern, die sich ergänzen.
Manuel Baumann vom KIT betont, dass jede Technologie ihre eigene Stärke hat – je nach Dauer, Leistung und Einsatzbereich. So gibt es beispielsweise sehr schnell reagierende Kurzfristspeicher. „Im Mittelfristbereich hat man dann andere Technologien wie das klassische Pumpspeicherkraftwerk.“
Blitzschnelle Kurzfristspeicher sollen das Stromnetz stabil halten
Kurzfristspeicher müssen Schwankungen im Netz innerhalb von Sekunden oder sogar in noch kürzerer Zeit ausgleichen können. Dazu gehören etwa Hochleistungskondensatoren und Schwungradspeicher. Letztere speichern Energie in einer rotierenden Masse und können sie sehr schnell wieder abgeben.
Sie eignen sich, um die Netzfrequenz von stabilen 50 Hertz zu halten, so Manuel Baumann. „Schwungräder sind prädestiniert für kurzzeitige Einsätze und sind auch in Fahrzeugen oder für industriellen Anwendungen denkbar, genauso wie Batterien. Auch eine Kombination mit Batterien ist denkbar.“
Kombination von Speichertechniken nötig
Die zweite Erkenntnis der Studie: Je nach Sektor, also je nachdem, ob Industrie und Gewerbe, ob Gebäude oder der Verkehrs- und Transportsektor mit Energie versorgt werden sollen, müssen passende Kombinationen von Speichertechniken gefunden werden.
Eine Studie der Universität von Edinburgh von 2024 kommt zum gleichen Ergebnis und listet auf, welche Kombinationen sinnvoll sind und welche nicht. Die Techniken müssen sich ergänzen, so Baumann: „Für den Gebäudesektor gibt es Wärmespeicher und Batteriespeicher, die kombiniert werden können. Für die Industrie auch, je nach Kontext.“
Thermische Speicher – häufig unterschätzt
Gerade Wärmespeicher hält Manuel Baumann für oft unterschätzt, „weil ein Großteil unseres Energieverbrauchs nicht stromseitig passiert, sondern wärmebasiert ist“. Insbesondere in der Industrie benötigen viele Prozesse Wärme-Energie. Diese kann bei Dunkelflaute auch über thermische Speicher bereitgestellt werden.
Da gibt es technische Varianten, führt Baumann aus. Manche von ihnen arbeiten mit chemischen Substanzen und funktionieren nach dem Prinzip von Taschenwärmern, also den Gelkissen, die man mit der Hand knetet und die dann Wärme freisetzen.
Wärmespeicher kann man mit Druckluftspeichern kombinieren. Die Druckluft treibt bei Bedarf Turbinen zur Stromgewinnung an – beides zusammen liefere der Industrie über einige Stunden bis zu einem Tag ausreichend Energie. In Deutschland gibt es bislang ein solches Druckluftspeicherkraftwerk, das seit 1978 in Betrieb ist.
Lange Dunkelflauten bleiben ein Problem – vorerst
Für lange Zeiträume der Stromunterversorgung, also tagelange Dunkelflauten von bis zu 14 Tagen, reichen Batterien und Pumpspeicher nicht aus.
Hier setzt Manuel Baumann für die Zukunft auf grünen Wasserstoff, der mit überschüssigem Ökostrom per Elektrolyse hergestellt wird. Er lässt sich speichern, transportieren und in Brennstoffzellen oder in technisch angepassten Gaskraftwerken wieder in Strom und Wärme umwandeln. Allerdings gebe es hierfür noch nicht die nötige Infrastruktur.
Intelligentes Lastmanagement soll Bedarf bei Dunkelflauten drosseln
Dennoch sieht Manuel Baumann auch bis dahin die Gefahr eines Stromausfalls bei langen Dunkelflauten als sehr gering an. „Wir haben hier ja auch noch Nachbarn, die uns helfen können. Wir haben ein europäisches Netz, über das wir über Grenzen hinweg Strom beziehen können.“
Im Fall des Falles gebe es zudem die Möglichkeit eines „Demand Side Managements“, also ein Lastmanagement durchzuführen, erklärt der Energiesystem-Experte. „Das heißt, dass man flexible Lasten hat. Verbraucher, die man hier und da etwas steuern kann. In der Industrie muss man die Prozesse nicht abschalten, kann aber die Betriebszeiten verlagern“, bis die Dunkelflaute beendet ist.
Energiewende als Engineering-Aufgabe – und politische Pflicht
Für David Wedepohl vom Branchenverband BSW hat man einen Großteil der Energiewende schon vollzogen. Der Rest sei letztlich nur ein „Engineering-Problem“, also technisch lösbar und auf lange Sicht grundsätzlich machbar. „Es ist oft so, dass die letzten zehn bis 20 Prozent die teuersten sind. Und da wird es eine Weile brauchen, bis wir dahin kommen, dass wir wirklich nur mit Erneuerbaren, Batterien und anderen Speichertechnologien auskommen können.“
Um das zu erreichen, ist es für Manuel Baumann vom KIT wichtig, dass die politischen Entscheider die Energieerzeugung, den Netzausbau und die Speichertechnologien nicht voneinander isoliert sehen, sondern als Komponenten, die miteinander in einem System verkoppelt sein müssen. Und dass sie „mit der notwendigen Offenheit technologische Neuerungen in dieses System einbindet“.
