Energiespeicher – Wegbereiter der Energiewende?


Energiespeicher gleichen die Differenz zwischen Energieangebot und Energienachfrage aus, indem sie überschüssig erzeugte Energie zwischenspeichern und bei Bedarf wieder abgeben. Da die künftige Energieversorgung auf fluktuierenden erneuerbaren Energien basieren wird, wird der Ausbau von Energiespeichern zunehmend wichtiger. Welche Typen von Energiespeichern bereits existieren und welches Potential sie haben, erfahrt ihr hier!

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Was ist ein Energiespeicher?

Mit Energiespeicher können jegliche Formen von Speichern gemeint sein, die Energie zwischenspeichern können. Das können Stromspeicher, Wärmespeicher, aber auch Gas- oder Ölspeicher sein. Auch Pumpspeicherkraftwerke sind Energiespeicher. 

Ein Energiespeicher muss Energie aufnehmen, Energie speichern und Energie wieder abgeben können. Meist wird bei der Energiespeicherung eine Energieform in eine andere umgewandelt. Bei einem klassischen Akku ist dies zum Beispiel die Umwandlung von elektrischer in chemische Energie. Wird Energie aus dem Speicher entnommen, wird die Energieform abermals umgewandelt. Im Fall des Akkus wird also chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. 

Die Umwandlung einer Energieform in die andere ist immer mit Verlusten verbunden. Da Energie jedoch nicht immer dann benötigt wird, wenn sie produziert wurde, ist die zeitweise Speicherung von Energie jedoch häufig alternativlos.

Kennzahlen eines Energiespeichers

Speicherkapazität

Die Speicherkapazität eines Energiespeichers gibt an, wie viel Energie bei der Aufladung maximal im Speicher gespeichert werden kann. Die Angabe erfolgt in Wattstunden (Wh), bei größeren Speichern auch in Kilowattstunden (kWh), Gigawattstunden (gWh) oder Terawattstunden (TWh). 

Einordnung: Stromspeicher für Einfamilienhäuser haben üblicherweise Speicherkapazitäten zwischen 3 und 15 kWh. Die deutschen Gasspeicher haben hingegen eine Kapazität von rund 255 Terawattstunden.

SPEICHERKAPAZITÄT

UMRECHNUNG

BEISPIEL FÜR NUTZUNG DER EINHEIT

1 Wattstunde (Wh)

1 Wh

Energieverbrauch Glühlampe

1 Kilowattstunde (kWh)

1.000 Wh

Energieverbrauch im Haushalt

1 Megawattstunde (MWh)

1.000 kWh

Energieverbrauch von kleinen Unternehmen oder Energieproduktion von großen Solarparks oder Windkraftwerken

1 Gigawattstunde (GWh)

1 Millionen kWh

Energieverbrauch großer Unternehmen

1 Terrawattstunde (TWh)

1 Milliarde kWh

Energieverbrauch von Staaten

Ausspeicherdauer

Die Ausspeicherdauer gibt an, wie lange es dauert, bis die Energie aus einem Speicher entnommen wurde.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad von Energiespeichern sagt aus, wie viel Prozent der dem Speicher zugeführten Energie nach der Speicherung wieder genutzt werden kann. Stromspeicher für Photovoltaikanlagen haben üblicherweise Wirkungsgrade von über 90%.

Die wichtigsten Typen von Energiespeichern

Häufig werden Energiespeicher nach der Art der gespeicherten Energie (Energieform) unterschieden. Folgende Speichertypen können grundsätzlich unterschieden werden.

SPEICHER

GESPEICHERTE ENERGIEFORM

BEISPIELE

Wärmespeicher / Thermische Speicher

Wärme / thermische Energie

Langzeitwärmespeicher, Latentwärmespeicher, Warmwasserspeicher (Pufferspeicher, Kombispeicher, Schichtspeicher)

Chemische Speicher

chemische Energie

Porenspeicher & Kavernenspeicher für fossile Energiespeicher wie Erdgas, Wasserstoff oder Erdöl

Elektrochemische Speicher

chemische Energie

Akku, Batterie (Lithium, Redox-Flow, Blei-Säure)

Elektrische & Elektromagnetische Speicher

Strom

elektrisch: Kondensator
elektromagnetisch: Spule

Mechanische Speicher

kinetische Energie & potentielle Energie

kinetische Energie: Schwungrad, Schwungradspeicher
potentielle Energie: Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicherkraftwerk

Je nach Art des Energiespeichers kann unterschiedlich viel Energie gespeichert werden. So können Pumpspeicherkraftwerke über 1 GWh Speicherkapazität erreichen, wohingegen Batterien höchstens eine Kapazität von mehreren MWh haben und Spulen & Kondensatoren sich lediglich im Kilowatt-Bereich bewegen.

Auch die Ausspeicherdauer kann stark variieren. Die Energie aus einem Kondensator oder eine Spule kann sekundenschnell entnommen werden und auch Batterien können relativ schnell Energie bereitstellen. Bei Pumpspeicherkraftwerken muss hingegen etwas Zeit eingeplant werden. 

Ausspeicherdauer und Speicherkapazität haben große Auswirkungen auf den Einsatzbereich der Speicher. Speicher, die schnell entladen werden können, können zum Ausgleich von Verbrauchsspitzen und als Kurzzeitspeicher genutzt werden. Speicher, die einen Vorlauf benötigen, sind hingegen eher Langzeitspeicher.

Elektrochemische Energiespeicher (Akkus)

Elektrochemische Speicher können jegliche Formen von Batterien und Akkus sein. Während eine Batterie nicht wiederaufgeladen kann, sind Akkus wiederaufladbar und daher inzwischen deutlich häufiger im Einsatz. 

Wird ein Akku aufgeladen, wird in einer chemischen Reaktion elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Diese lässt sich speichern. Bei der Entladung läuft der Prozess in umgekehrter Reihenfolge ab und die gespeicherte chemische Energie wird wieder in nutzbaren elektrischen Strom zurückgewandelt. 

Im Detail besteht ein Akku aus einer Anode und einer Kathode. 

Funktionsprinzip Stromspeicher
Funktion Stromspeicher

Im Wesentlichen existieren folgende Typen von elektrochemische Energiespeichern:

AKKUTYP

WIRKUNGSGRAD

ANWENDUNG

Lithium-Ion

85 % - 98 %

Handyakku, Laptopakku, Stromspeicher für Solaranlagen, etc.

Blei

65 % - 85 %

Autobatterie

Nickel-Cadmium

70 % - 80 %

Redox-Flow

75 % - 80 %

noch in der Entwicklung

Bei der Energiewende haben elektrochemische Speicher zur Speicherung von überschüssig erzeugter Wind- und Solarenergie Relevanz. Vor allem die Speicherung von Solarstrom für den Eigenbedarf gewinnt zunehmend an Bedeutung. Denn Haushalte oder Unternehmen, die eine eigene Photovoltaikanlage auf dem Dach haben, können erzeugten Solarstrom meist nie vollständig direkt nutzen. Werden Überschüsse zwischengespeichert, kann ein deutlich höherer Eigenverbrauch von Solarstrom erreicht werden. Bei den aktuell rasant steigenden Strompreisen kann das zu erheblichen Kostenersparnissen führen. 

Ihr wollt mehr über Stromspeicher fürs Eigenheim wissen? Dann informiert euch in unserem Speicher-Ratgeber

Wärmespeicher 

Wärmespeicher sind Energiespeicher, die der Speicherung von thermischer Energie dienen. Sie sind in verschiedensten Größen verfügbar. Wärmespeicher haben das Ziel, die Erzeugung und Nutzung von Wärme zeitlich zu entkoppeln und sind daher vor allem für die Nutzung von Heizenergie relevant. 

In Privathaushalten finden Wärmespeicher häufig als Warmwasserspeicher für die Speicherung von Wärme aus einer Solarthermieanlage oder Wärmepumpe oder auch als Boiler Anwendung. Da Wasser thermische Energie sehr gut und über lange Zeit speichern kann, fungieren Warmwasserspeicher hier als Langzeitspeicher. 

Für Hausbesitzer*innen stehen vor allem 4 Arten von Warmwasserspeichern zur Verfügung: Der Boiler, der Pufferspeicher, der Schichtenspeicher und der Kombispeicher. Während ein Boiler Wärmeenergie speichert, die direkt im Boiler erzeugt wird, speichern die anderen Speicherarten extern erzeugte Wärmeenergie (etwa von einer Solarthermieanlage oder Wärmepumpe). Üblicherweise haben Wärmespeicher im Eigenheim ein Fassungsvermögen von 150 bis 1.000 Liter. Typisch sind 300 Liter Fassungsvermögen.

Gasspeicher

Auch wenn die Bundesregierung so schnell wie möglich auf erneuerbare Energien umschwenken möchte, ist die deutsche Energieversorgung derzeit noch stark abhängig vom Gas. So hatte Erdgas 2021 einen Anteil von 27% am Primärenergieverbrauch in Deutschland. 

Doch Deutschland hat nur wenig eigene Gasvorkommen. Gasspeicher haben hierzulande daher eine zentrale Bedeutung für die Sicherstellung der Versorgungssicherheit mit Energie. Fallen Importe aus, kann die Versorgungssicherheit nur mithilfe von Gasspeichern vorübergehend sichergestellt werden. Der Ukraine-Krieg und die damit verbundene Sorge vor einem Gaslieferstopp von russischem Gas führen uns dies nur zu deutlich vor Augen. 2020 stammten 55 Prozent der deutschen Gasimporte aus Russland. Erhöht Russland seine Gaslieferungen in den kommenden Monaten nicht auf das übliche Niveau, können die Speicher bis zum Beginn des Winters nicht wie üblich gefüllt werden.

Quelle: Bundesnetzagentur

Wie viel Gas können wir in Deutschland speichern?

Das gesamte Fassungsvermögen deutscher Gasspeicher liegt bei knapp 25 Milliarden Kubikmetern Gas. Deutschland hat damit von allen EU-Ländern die größten Gasspeicherkapazitäten. Weltweit haben nur die USA, Russland und die Ukraine größere Kapazitäten.

Wo liegen die größten deutschen Gasspeicher?

Insgesamt gibt es in Deutschland 51 unterirdische Erdgasspeicher. Der größte Erdgasspeicher in Deutschland gehört der Firma Astora und liegt im niedersächsischen Rehden. Er hat ein maximales Arbeitsvolumen von 43,68 TWh. Auch in Bernburg, Bad Lauchstädt ist ein sehr großer Gasspeicher mit 20,82 TWh Fassungsvermögen.

Wie funktioniert ein Gasspeicher?

Gasspeicher befinden sich meist 1 bis 3 km unter der Erde. Als Speicherraum werden häufig natürliche oder künstlich erzeugte Hohlräume genutzt. Zur Einspeicherung muss das Gas gefiltert, gemessen, verdichtet und dann mit hohem Druck in den Speicher gepresst werden. Hierdurch entsteht ein Überdruck und das Gas kühlt sich stark ab. Möchte man das Gas wieder nutzen, muss es zur Ausspeisung wieder erwärmt werden. Außerdem ist eine Trocknung notwendig, da bei der Speicherung Wasser aufgenommen wird. 

Es gibt hauptsächlich 3 Arten von unterirdischen Erdgasspeichern: frühere Gas- und Erdöllagerstätten, Kavernenspeicher (künstlich angelegte Hohlräume in Salzstöcken) oder aber Porenspeicher, in denen natürliche Hohlräume von unterirdischen Kalk- und Sandsteinschichten genutzt werden. Daneben existieren noch oberirdische Gasbehälter mit deutlich kleineren Füllvolumen.

Pumpspeicher

Ein Pumpspeicher ist ein Wasserspeicher. In einem Pumpspeicherkraftwerk wird überschüssige Energie dazu genutzt, Wasser in einen höher gelegenen Stausee zu pumpen. Dort wird er dann in Form von potentieller Energie gespeichert. Bei Strombedarf wird Wasser aus dem Stausee abgelassen und mithilfe dieser Energie Strom erzeugt. Früher wurden Pumpspeicherkraftwerke genutzt, um günstigen Nachtstrom zwischenzuspeichern und tagsüber wieder zu verkaufen. Mit dem zunehmenden Anteil von Solarstrom im Netz steht heute jedoch auch tagsüber zu viel Strom zur Verfügung. Künftig werden Pumpspeicherkraftwerke daher wohl vermehrt genutzt, um tagsüber erzeugte Überschüsse erneuerbarer Energien zwischenzuspeichern.

Das größte Pumpspeicherkraftwerk Deutschlands steht in Goldisthal im Thüringer Wald. Es hat eine Leistung von 1060 Megawatt und ist damit mit einem Kernkraftwerk vergleichbar. Insgesamt gibt es circa. 30 ähnlicher Speicheranlagen in Deutschland. Damit stellen Pumpspeicher eine Speicherleistung von ca. 7 GW.

Wasserstoffspeicher


Wasserstoff soll in der Energiewende eine zentrale Rolle einnehmen. Dadurch, dass Wasserstoff vollständig erneuerbar hergestellt werden kann und gut speicherbar ist, birgt der Energieträger ein enormes Potential.

Wasserstoff kann auf verschiedene Arten gespeichert werden. Eine Möglichkeit ist die Speicherung unter Hochdruck in unterirdischen Kavernenspeichern. Hierzu können vorhandene Gasspeicher genutzt werden. Ebenfalls möglich ist die Speicherung von flüssigem Wasserstoff in Kryotanks oder aber die Lagerung von Wasserstoff in adsorbierter Form in festen Trägermedien wie Kohlenstoff oder Metallen. Schließlich ist auch die Adsorption in flüssigen Trägermedien wie Öl möglich.

Für kleinere Anwendungen im Privatsegment finden häufig mannshohe Wasserstofftanks Gebrauch. In diesen wird der Wasserstoff dann bei einem Druck von etwa 300 Bar gespeichert. Der Vorteil: die Tanks kommen in der Regel ohne Gaswarnanlage oder Zwangsbelüftung aus und sind dennoch sehr sicher.

Eigenen Energiespeicher konfigurieren

Bedeutung von Energiespeichern für die Energiewende

Eine Studie des Think Tank Agora Energiewende kam zu folgendem Schluss: Der Ausbau der erneuerbaren Energien muss nicht auf Speicher warten. Erst wenn erneuerbare Energien einen Anteil von 80-90% haben, wird eine vollständige Integration der Erneuerbaren in das Stromsystem schwierig und der Bedarf an Energiespeichern steigt signifikant. Welche und wie viele Speicher künftig für die Energiewende notwendig sein werden, wird sich nach Ansicht von Agora in Abhängigkeit der Speicherkosten, der Verfügbarkeit von flexiblen Nutzungsmöglichkeiten des erzeugten erneuerbaren Stroms und des Ausbaus der erneuerbaren Energien ergeben. 
Fest steht jedoch: Speicher haben eine zentrale Bedeutung für die Energiewende. Vor allem bei der Energiewende im privaten Eigenheim können Speicher viel bewirken. Eine Photovoltaikanlage mit Batteriespeicher kann so bis zu 80% des Strombedarfs im Haushalt decken.

Das Installationsdatum Ihrer PV-Anlage spielt bei der Entscheidung, ob eine Speichernachrüstung sinnvoll ist, eine entscheidende Rolle. Wurde Ihre Anlage vor 2009 installiert, ist die Nachrüstung eines Batteriespeichers nicht sinnvoll, da Sie noch eine sehr hohe Einspeisevergütung erhalten. Ab 2010 ist die Nachrüstung hingegen meist lohnenswert, denn von 2009-2012 wurden Eigenverbrauchsboni auf selbst verbrauchten Strom gewährt. Nach 2012 ist die Einspeisevergütung bereits stark gesunken, sodass auch hier die Speicherung der erzeugten Energie günstiger ist, als die Einspeisung ins Netz.

Energiespeicher für Solaranlage konfigurieren und Angebot erhalten

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