Im Thüringischen Schiefergebirge erlebt der Wanderer eine wunderbare Natur und herrliche Ausblicke über die grüne Landschaft. Tritt er auf der Moosbergebene bei Goldisthal aus dem Wald, so steht er am Ufer eines Sees mit einer Fläche von 55 Hektar. Die Ufer sehen künstlich aus - und sie sind es auch. Früher war hier ein Berggipfel, der einem künstlichen Speichersee weichen musste. Er gehört zum leistungsfähigsten deutschen Pumpspeicherwerk Goldisthal und fasst zirka 12 Millionen Kubikmeter Wasser. Mit einer Gesamtleistung von 1.060 Megawatt gehört das Pumpspeicherwerk zu den größten und modernsten Anlagen seiner Art in Europa.
Das Prinzip von Pumpspeicherwerken wird seit vielen Jahren erfolgreich genutzt, um Energie zu speichern. Überschüssiger Strom wird verwendet, um Wasser in ein höher liegendes Reservoir zu pumpen. Wird dann wieder Strom benötigt, läuft das Wasser durch gewaltige Rohre zu Tal und treibt Stromturbinen an. So eine Anlage hat einen guten Wirkungsgrad: 75 Prozent der Energie, die zum Hochpumpen nötig ist, lässt sich als Strom zurückgewinnen. Andere Speicherformen, beispielsweise Batterien, haben heute meist einen sehr viel geringeren Wirkungsgrad.
Im Thüringischen Schiefergebirge erlebt der Wanderer eine wunderbare Natur und herrliche Ausblicke über die grüne Landschaft. Tritt er auf der Moosbergebene bei Goldisthal aus dem Wald, so steht er am Ufer eines Sees mit einer Fläche von 55 Hektar. Die Ufer sehen künstlich aus - und sie sind es auch. Früher war hier ein Berggipfel, der einem künstlichen Speichersee weichen musste. Er gehört zum leistungsfähigsten deutschen Pumpspeicherwerk Goldisthal und fasst zirka 12 Millionen Kubikmeter Wasser. Mit einer Gesamtleistung von 1.060 Megawatt gehört das Pumpspeicherwerk zu den größten und modernsten Anlagen seiner Art in Europa.
Das Prinzip von Pumpspeicherwerken wird seit vielen Jahren erfolgreich genutzt, um Energie zu speichern. Überschüssiger Strom wird verwendet, um Wasser in ein höher liegendes Reservoir zu pumpen. Wird dann wieder Strom benötigt, läuft das Wasser durch gewaltige Rohre zu Tal und treibt Stromturbinen an. So eine Anlage hat einen guten Wirkungsgrad: 75 Prozent der Energie, die zum Hochpumpen nötig ist, lässt sich als Strom zurückgewinnen. Andere Speicherformen, beispielsweise Batterien, haben heute meist einen sehr viel geringeren Wirkungsgrad.
Wind gibt es nicht auf Knopfdruck
Bislang war es nicht notwendig, elektrische Energie in größeren Mengen zu speichern. Sie entstand in herkömmlichen Kraftwerken, deren Produktion sich nach Bedarf regeln lässt. Das ist bei erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne anders. Der Wind treibt direkt eine Turbine an, die Strom erzeugt. Die Sonne erzeugt entweder in Solarzellen auf chemischem Weg Strom oder erhitzt gebündelt Wasser. Das treibt dann eine Turbine an. Diese "Kraftwerke" kann man nicht beliebig bei Bedarf ein- oder ausschalten. Wind und Sonne stehen mitunter gerade zu den Zeiten nicht zur Verfügung, in denen viel Strom benötigt wird. Andererseits liefern sie elektrische Energie im Übermaß zu Zeiten, in denen wir wenig Strom verbrauchen.
Neue Speichertechnologien
Wir brauchen also neue und verbesserte Speichertechnologien. Die Bundesregierung fördert diese Entwicklung in einer gemeinsamen Förderinitiative der Bundesministerien für Wirtschaft, Umwelt und Forschung. Dafür werden in den nächsten fünf Jahren bis zu 200 Millionen Euro zur Verfügung stehen.
Was gilt es zu erforschen beziehungsweise welche Probleme bestehender Speichertechniken gilt es zu lösen?
Elektrischer Strom kann nicht gespeichert werden, er muss in eine andere Energieform umgewandelt werden, die sich speichern lässt. Solche Speicher können vor allem sein:
- Pumpspeicherwerke oder Druckluftspeicher,
- Batterien,
- stoffliche Speicher,
- Wärmespeicher.
Die Technologie von Pumpspeicherwerken ist bekannt, natürlich kann Forschung sie optimieren. Das Problem für ein dicht besiedeltes Land ist jedoch, dass geeignete Höhenlagen für große Speicherseen nicht zur Verfügung stehen oder aus Naturschutzgründen nicht gewünscht sind. Deshalb gibt es auch Überlegungen, solche Pumpspeicherwerke unterirdisch oder in anderen Ländern, etwa in Norwegen zu bauen. Hier wieder stellt sich die Frage, wie der Strom möglichst verlustfrei transportiert werden kann, eine "Herausforderung" für die Forschung.
Druckluft und Akkus als Energiespeicher
Keine hohen Materialkosten fallen an, wenn man den elektrischen Strom verwendet, um Druck zu erzeugen. Das kann geschehen, indem Luft in einem unterirdischen Speicher zusammengepresst wird. Lässt man sie wieder entweichen, so kann die Luft eine Turbine antreiben. Geologisch ist es notwendig, geeignete dichte Erdspeicher zu finden.
Als erstes denkt jeder bei der Energiespeicherung an Batterien oder besser an Akkumulatoren. Lädt man den Akku, so laden sich – vereinfacht ausgedrückt - die enthaltenen Stoffe elektrisch auf, indem sie Elektronen aufnehmen. Schließt man dann einen Stromabnehmer an, so fließen die Elektronen als elektrischer Strom zurück.
Elektrische Batterien sind aufgrund der verwendeten Materialien teuer in der Herstellung. Ihre Speicherkapazität ist gering. Hinzu kommt das hohe Gewicht. Nicht gerade Vorteile für die Wirtschaftlichkeit und den Preis von Elektrofahrzeugen.
So schwierig es schon im Kleinen ist, um so schwieriger wird es, wenn es darum geht, die Tagesstromproduktion eines Windparks zu speichern.
Wasserstoff und Methan als Energiespeicher
Große Aufmerksamkeit gilt derzeit der Idee, mit überschüssigem Strom Wasser chemisch zu spalten und so Wasserstoff zu gewinnen. Dieser kann direkt als Stoff gespeichert werden. Lässt man ihn später mit Sauerstoff wieder zu Wasser reagieren entsteht in einer Brennstoffzelle Strom. Möglich ist es auch, den Wasserstoff mit dem Kohlendioxid der Luft zu Methan reagieren zu lassen. Methan ist der Hauptanteil von Erdgas und kann wie dieses in Gaskraftwerken in Strom umgewandelt werden. Das Problem derartiger stofflicher Speicher ist, dass ein relativ großer Anteil der Energie zum Beispiel als Wärme verlorengeht. Es wird sehr viel weniger Strom erzeugt, als zuvor für die Wasserstoffherstellung benötigt wurde.
Schließlich kann aus elektrischer Energie Wärme erzeugt werden, die beispielweise Wasser erhitzt. Das Wasser wird in gut isolierten Behältern gespeichert. Bei Bedarf kann es eine Turbine antreiben. Hier stellt sich das Problem, wie gut so ein Boiler isoliert werden kann.