Energiespeicher
Vor allem im Hinblick auf die Speicherung erneuerbarer Energien und für die Elektromobilität spielen effektivere Energiespeicher eine große Rolle. Wir blicken auf die Funktionsweise und stellen unterschiedliche Speichertypen vor.
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Was sind Energiespeicher?
Energiespeicher sind eine Möglichkeit, gewonnene Energie zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen. Klassische Beispiele aus dem Alltag sind Akkus aus Smartphones und Laptops. Auch Batteriespeicher, die bei Photovoltaik-Anlagen zum Einsatzkommen, sind bekannte Formen sogenannter Akkumulatoren. Die genannten Beispiele eint, dass Energie in der gleichen Form eingespeist und entnommen wird. Elektrischer Strom wird im Akku gespeichert und später von dort als elektrischer Strom abgerufen. Eine Umwandlung findet hier nur für die Speicherung statt. Batterien oder Akkumulatoren speichern Energie beispielsweise elektrochemisch. Brennstoffzellen allein sind übrigens keine Energiespeicher. Stattdessen handelt es sich um Energiewandler, die eine chemische Reaktion nutzen, um elektrische Energie freizusetzen. Zu einem Speicher kann eine Brennstoffzelle nur werden, wenn sie mit einem Elektrolyseur und einem Wasserstofftank kombiniert wird. Nicht verwendete Energie kann durch die Elektrolyse wieder in Wasserstoff gewandelt und dadurch gespeichert werden.
Arten von Energiespeichern
Energiespeichersysteme setzen auf unterschiedliche Energieformen. Neben den zuvor erwähnten Speichern für elektrische Energie gibt es Speicher für mechanische Energie, thermische Energie und chemische Energie. Ein aktuelles Beispiel für das Speichern von Energie in mechanischer Form ist das Hubspeicherkraftwerk, welches auch als Lageenergiespeicherkraftwerk bezeichnet wird. Hierbei wird gewonnene Energie in Form von potentieller Energie gespeichert. Dies geschieht, indem eine große Felsmasse durch darunter pumpen von Wasser angehoben wird. Bei der Umkehrung des Vorgangs wird die mechanische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. Der Vorteil der Technologie ist die langfristige Speicherung, die auch großen Energiemengen gerecht wird. Solche Energiespeicher werden in Deutschland und Europa langfristig benötigt, um den Einsatz erneuerbarer Energien voranzutreiben.
Energiespeicher für Zuhause
Energiespeicher für den Hausgebrauch bieten die Möglichkeit zur Autarkie von Netzstrom und Netzbetreiber. Mit leistungsstarken Akkus können daheim Unterbrechungen der Netzstromversorgung überbrückt werden. Außerdem lässt sich Energie, die beispielsweise durch eine Photovoltaik- oder Windkraft-Anlage gewonnen wurde, speichern und zu einem späteren Zeitpunkt verwenden. Ein bekanntes Beispiel ist Teslas Energiespeicher für den Hausgebrauch: die Tesla Powerwall. Wer nicht auf Teslas Lösung setzen möchte, der findet auf dem Markt einige Lösungen anderer Hersteller, die ähnlich funktionieren. Systeme stehen schon zu einem Preis von rund 600 Euro pro Kilowattstunde bereit.
Energiespeicher fürs Auto
Elektroautos setzen ebenfalls auf Energiespeicher, um den Energiebedarf der Motoren auf längeren Reisen decken zu können. Dabei reichen die konventionellen Bleisäurebatterien zum Betrieb nicht aus, die bei herkömmlichen Fahrzeugen die Stromversorgung von Zündung, Radio und Co. sichern. Stattdessen kommen derzeit hauptsächlich Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Diese mobilen Energiespeicher finden sich auch in Handys und Laptops. Sie bieten eine ausreichende Energiedichte, um Hybridfahrzeuge und vollelektrische Autos antreiben zu können. Als problematisch könnte sich die Lebensdauer der verwendeten Batterien erweisen. Ähnlich wie bei Smartphones und Laptops lässt diese mit der Zeit nach und führt zwangsläufig zu einem Austausch. Diese ist auf durchschnittlich rund 3.000 Ladezyklen begrenzt, was einer Lebensdauer von bis zu 200.000 Kilometern entspricht.
Elektrische Züge mit Batterie
Neben dem Auto könnten zukünftig auch Züge auf Batteriespeicher setzen. Konkrete Pläne in diese Richtung gibt es beispielsweise von Bombardier. Gemeinsam mit der technischen Universität von Berlin arbeitet der kanadische Hersteller von Zügen und Flugzeugen an einem Nachfolger des Dieselzuges. Dieser soll dort zum Einsatz kommen, wo Streckenabschnitte nicht mit Oberleitungen ausgebaut sind. Auf elektrifizierten Streckenabschnitten soll der Zug mit einem Stromabnehmer laden, um die Abschnitte ohne Oberleitung mit einer geladenen Batterie zu durchfahren. Umgerüstet wird dazu ein Zug der Reihe Talent 3, der bereits den Batteriebetrieb ermöglicht. Wie bei Elektroautos kommen auch bei den elektrischen Zügen Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. In den Batterien stecken Nickel-Mangan-Kobalt Zellen, die durch eine Mischung aus Wasser und Glykol gekühlt werden, um bei starker Belastung nicht zu überhitzen. Um die Lebensdauer der Batterien zu erhöhen, sollen diese während der Fahrt nur bis 40 Prozent entladen werden können. Pro Zug sollen dabei Batterien mit einer Kapazität von 300 Kilowattstunden eingesetzt werden. Bei einer maximalen Geschwindigkeit von 120 Stundenkilometern sollen sich 40 Kilometer ohne Verbindung zum Stromnetz zurücklegen lassen.