Schroders: Eine effektive Lösung für die Speicherung von erneuerbarer Energie

Die Energiespeicherung stellt seit jeher die größte Begrenzung des Potenzials erneuerbarer Energien dar. Das Problem mit den beiden wichtigsten Quellen erneuerbarer Energie, Wind- und Solarenergie, lässt sich ganz einfach zusammenfassen: Die Energieerzeugung durch Sonnenlicht und Wind deckt sich zeitlich nicht mit der Energienachfrage. Aus diesem Grund lässt sich mit diesen Energiequellen bislang nicht mehr als 20 % der Energienachfrage abdecken.

Abbildung 1 zeigt die Diskrepanz zwischen photovoltaischer Energieerzeugung (Solarenergie) und ihrem Verbrauch für einen Durchschnittshaushalt. Der Großteil der Solarenergie wird außerhalb des Spitzenbedarfs generiert. Der Großteil der Windenergie wird nachts generiert, wenn die Nachfrage am niedrigsten ist und Energiepreise bisweilen sogar negativ sind. Anreize für eine effiziente Energiespeicherung gibt es viele.

Heutzutage gibt es mehrere Möglichkeiten, Energie zu speichern, die mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen einhergehen. Im Allgemeinen lassen sich Technologien in elektrochemische, mechanische, chemische und thermische Energiesysteme unterteilen. Beispiele sind:

1. Lithium-Ionen- und Natrium-Schwefel-Akkumulatoren (elektrochemisch) – vor allem für Elektrofahrzeuge (EV) und Heimelektronik (Lithium-Ionen) bzw. Massenspeicher und Raumfähren (Natrium-Schwefel).
2. Pumpspeicher- und Druckluftspeicherkraftwerke (mechanisch) – große Mengen Energie werden mithilfe von Schwerkraft und Druckluft gespeichert.
3. Wasserstoff- und Methanspeicherung (chemisch) – unterirdisch oder als Flüssigkeit in gekühlten Hochdrucktanks für den zukünftigen Einsatz gespeichert.
4. Hitze- und thermochemische Speicherung (thermisch) – beispielsweise thermochemische Energiespeichertechnologie (TCES), die Wärmeenergie nutzt, um eine reversible endotherme chemische Reaktion auszulösen und Energie als chemisches Potenzial zu speichern.

Abbildung 1. Solarenergie: Erzeugung und Energieverbrauch eines durchschnittlichen Haushalts

Quelle: Solar Choice, Dezember 2017

Die Qualität jeder Speicherart ist unterschiedlich. Pumpspeicherkraftwerke (Abbildung 2) sind aufgrund ihrer skalierbaren Anwendbarkeit und hohen Energieeffizienz von über 80 % inzwischen die bevorzugte Lösung für Massenspeicherung. Weltweit stellen Pumpspeicherkraftwerke nahezu 100 % der Massenspeicherung.

Abbildung 2. Anteil der globalen Kapazität für erneuerbare Energie nach Technologie 

Quelle: Quartz, Juni 2018

In Zeiten überschüssiger Energieproduktion wird die Energie verwendet, um Wasser von einem tiefer liegenden Becken in ein höher liegendes Becken zu pumpen. Sobald die Nachfrage steigt, wird das Wasser in das tiefer liegende Becken entlassen und treibt damit Turbinen an, die Energie erzeugen. Diese Lösung ist jedoch nicht immer eine Option. Trockene Regionen können es sich nicht leisten, Wasser zur Energiespeicherung einzusetzen – und die richtigen geografischen Bedingungen sind nicht immer gegeben, um die großen Dämme zu bauen, die für die notwendigen Skaleneffekte erforderlich sind. Aus diesem Grund werden Pumpspeicherkraftwerke bislang überwiegend in nur zehn Ländern eingesetzt.

Abbildung 3. Preis je kWh

Quelle: Chemistry World, Juli 2017

Eine Alternative wird derzeit von einem Schweizer Start-up-Unternehmen entwickelt. Anstelle von Wasser verwendet das Start-up Beton und Kräne. Mit überschüssiger Energie wird ein Kran betrieben, der Betonblöcke aufeinanderstapelt und so die dafür aufgewendete Energie speichert. Sobald die Energienachfrage steigt, werden die Blöcke herabgelassen. Der Kran nutzt die Erdanziehung, um potenzielle in kinetische Energie zu verwandeln, die wiederum einen Generator antreibt, der Strom erzeugt. Mit einer Konversionsrate von rund 85 % (Lithium-Ionen-Batterien: 90 %) und dem Vorteil, dass Beton wesentlich dichter ist als Wasser und somit mehr Energie pro Einheit speichert als Wasser, könnte dieses Konzept eine sinnvolle Alternative für die großskalige Energiespeicherung in Regionen sein, für die Pumpspeicherkraftwerke nicht infrage kommen.

Außerdem gewinnen andere Formen der Energiespeicherung an Relevanz, insbesondere verteilte Speicherung für Privathäuser oder Elektrofahrzeuge, die als Heimbatterien genutzt werden. Da die Speicherungskosten für die meisten Technologien immer weiter sinken, dürfte die dezentrale Speicherung wirtschaftlich zunehmend attraktiver werden.

Zusammenfassend bleibt zu sagen, dass Betonblöcke nicht die ganze Lösung sind. Für den flächendeckenden Einsatz von erneuerbaren Energien sind eine großskalige Massenspeicherung und kleinere Batterieladungen ausschlaggebend. 

Die hierin geäußerten Ansichten und Meinungen stellen nicht notwendigerweise die in anderen Mitteilungen, Strategien oder Fonds von Schroders oder anderen Marktteilnehmern ausgedrückten oder aufgeführten Ansichten dar. Der Beitrag wurde am 6.12.18 auch auf schroders.com veröffentlicht.