Pumpspeicherkraftwerke bislang vorrangig
Zurzeit sind Pumpspeicherkraftwerke mit deutlichem Abstand die vorrangige Form der Energiespeicherung – etwa 99 Prozent der Speicherung elektrischer Energie finden so statt. Hierbei wird überschüssiger Strom in nutzungsschwachen Zeiten dafür verwendet, Wasser in ein Becken hinaufzupumpen. Bei Bedarf zu Spitzenzeiten wird dieses Becken wieder geleert und das abfließende Wasser durch Turbinen geführt. Darüber wird dann Strom erzeugt, der vor allem zu Spitzenzeiten in das Stromnetz eingespeist wird. Der Wirkungsgrad liegt bei den meisten Pumpspeicherkraftwerken zwischen 75 und 80 Prozent – bei der Energiespeicherung nach diesem Verfahren gehen somit 20 bis 25 Prozent der gespeicherten Energie verloren. Wie viel Energie so gespeichert werden kann, hängt von diversen Faktoren wie speicherbare Wassermenge, Abflussmöglichkeiten, Gefälle und weitere natürliche Gegebenheiten ab.
Schifffahrtswege in die Energiegewinnung einbeziehen
Eine sehr einfache Idee beschäftigt sich damit, das vorhandene Wasserkanalsystem für die Stromerzeugung zu erweitern. Staustufen sind bereits Wasserbecken, die hierfür genutzt werden könnten. In Zeiten überschüssiger Stromerzeugung werden diese Kanalstufen mit Wasser vollgepumpt, zu Spitzenzeiten fließt das gelagerte Wasser durch Turbinen wieder ab. Diese Variante ist technisch umsetzbar und erfordert nur einige bauliche Maßnahmen.
Energiespeicherung über Wasser und Druck
Eine Erweiterung des Konzepts, Wasser als Energiespeicher zu nutzen, ist Druck hinzuzufügen. So könnte eine Variante so aussehen, dass in einem abgedichteten Raum Wasser hineingepumpt wird. Auf dem Wasser liegt ein gigantischer Granitfelsen, der so Druck auf das Wasser ausübt. Bei Bedarf drückt dieser künstliche Berg das Wasser durch Turbinen und ruft so die aufgespeicherte Energie ab. In der vom Physiker Eduard Heindl vorgestellten Version liegt das Wasser unter einem halben Kilometer hohen und einem Kilometer breiten Granitfelsen, um 2.000 Gigawattstunden Strom zu speichern.
Ein ähnliches Konzept, das zudem das Pumpspeicherkraftwerk weiterdenkt, ist eine riesige Betonkugel tief am Meeresgrund. Durch den Druck am Meeresgrund wird ein künstliches Gefälle erzeugt. Bei wenig Stromnutzung wird die Betonkugel leer gepumpt, im Bedarfsfall strömt dann über Turbinen Meereswasser wieder in die Kugel ein. Je tiefer diese Konstruktion im Meer liegt, desto höher der Druck und auch desto höher die Energie, die gespeichert werden kann. Die Professoren Horst Schmidt-Böcking und Gerhard Luther arbeiten an diesem Konzept und dem Überwinden der letzten technischen Hürden.
Wasserstoff als Energiespeicher
Nicht Wasser, sondern eines seiner Bestandteile könnte ebenfalls als Energiespeicher dienen: Wasserstoff. Eine Idee hier ist, große, autonome, computergesteuerte Segelschiffe durch die Weltmeere kreuzen zu lassen, die dank der Meeresströmung Energie für die Elektrolyse und darüber Wasserstoff zu gewinnen. Der Wasserstoff wird in Tanks gespeichert und kann später wieder in Energie umgewandelt werden. Die Idee stammt von Professor Michael Sterner von der OTH Regensburg. Pro Schiff könnten zwei Megawatt Leistung erreicht werden.
Turbinen, die über reinem Wasserstoff betrieben werden können, existieren bisher noch nicht, könnten aber in wenigen Jahren Realität werden. In diesem Zusammenhang ist neben der Gewinnung von Wasserstoff auch die Lagerung relevant. Unter anderem Siemens arbeitet nicht nur an einer technischen Lösung einer Turbine, sondern argumentiert auch, dass Wasserstoff im bestehenden Erdgasnetz gespeichert und abgerufen werden könnte. Bis zu fünf Prozent Anteil des Wasserstoffes im Erdgasnetz sind unproblematisch möglich. Zur Stromerzeugung genutzt, könnte etwa ein Viertel des Strombedarfs in Deutschland so gedeckt werden.
Zucker als Energiespeicher im Kleinen
Glukose, also Zucker, ist für den menschlichen Körper eine schnelle Energiezufuhr. Aber auch als elektrischer Energiespeicher könnte Zucker dienen. Forschern der Virginia Tech ist es gelungen, eine Batterie auf Zuckerbasis zu entwickeln. Durch schrittweises Aufspalten des Glukose-Moleküls werden Elektronen freigesetzt, entsprechend fließt Strom. Mögliche Anwendungsbereiche könnten im menschlichen Körper beispielsweise bei Herzschrittmachern liegen – Glukose aus dem Blut wird zum Aufladen der Batterie im Herzschrittmacher genutzt. Ein Prototyp könnte in wenige Jahren realisiert werden. Wie weit dieses Prinzip für andere Anwendungsbereiche umsetzbar ist, bleibt abzuwarten.
Elektromobilität und Energiespeicher
Das Thema Energiespeicherung und Elektroautos dreht sich zunächst um die Akkukapazitäten und -leistungen. Die Akkutechnik hat sich bereits in den letzten Jahren deutlich verbessert. Eine möglicherweise deutlich effizientere Batterievariante könnte in der Redox-Flow-Batterie (Nassbatterie) liegen. Als Energiespeicher für Elektroautos hierbei interessant ist die Möglichkeit, Elektrolyt zu tanken, statt den Wagen an die Steckdose anzuschließen.
Sollte die Elektromobilität deutlich weiter ausgebaut werden können, beschäftigt sich zudem eine Idee damit, die gespeicherte Akku-Energie als öffentlich abrufbares Energienetz zu betrachten. Nach Möglichkeit, Verfügbarkeit und im Bedarfsfall würde die Akkuenergie in das öffentliche Netz eingespeist werden. Dafür müsste eine entsprechende Infrastruktur geschaffen werden und natürlich die Zahl der Elektroautos deutlich ansteigen.
Metallhydrid mit höchstem Wirkungsgrad
Den vermutlich geringsten Energieverlust bei der Energiespeicherung besteht darin, eine Metallhydridspeicherung zu betreiben. Wasserstoffatome verbinden sich hier mit Metallatomen, die Energie wird durch diesen chemischen Zusammenhang gespeichert. Der große Nachteil ist, dass die Mengen an notwendigem Metall ein entsprechendes Gewicht mit sich bringen.
Ringwallspeicher als Gesamtkonzept
Ein Ringwallspeicher wäre eine Hybridanlage aus verschiedenen Technologien der Energiegewinnung und -speicherung. Wasser wird in zwei verschiedenen Becken, die unterschiedlich hoch liegen, eingespeist. Zwischen den Becken wird analog zum Pumpspeicherkraftwerk Energie gelagert und erzeugt. Hinzu kommen Windkraft- und Solarenergieanlagen, die in den Ringwallspeicher eingefügt werden. Ein Vorschlag mit einer mehr als elf Kilometer umfassenden Anlage mit mehreren Tausend Windkraft- und Solaranlagen könnte zwei Atommeiler ersetzen.