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Funktion Stromspeicher

Eine der großen Herausforderungen für die Energiewirtschaft ist es, Energie genau dann zur Verfügung zu stellen, wenn sie auch tatsächlich gebraucht wird. Große Kraftwerke sind oft zu träge, um auf schnelle Veränderungen im Verbrauch reagieren zu können. Alternative Quellen wie Solar- oder Windkraftanlagen produzieren den Strom unter Umständen genau dann, wenn er nicht gebraucht wird. Ein wichtiger Aspekt ist daher die Speicherung von elektrischer Energie für den späteren Gebrauch.

Wie funktionieren Stromspeicher?

Ein Stromspeicher wandelt elektrische Energie in eine andere Energieform um. Er sollte im Idealfall möglichst viel Energie möglichst verlustfrei und lange speichern können und sie im Bedarfsfall sofort wieder zur Verfügung stellen. Realistisch gesehen muss man aber in einzelnen Bereichen Abstriche in Kauf nehmen. Abhängig von den Anforderungen kommen daher verschiedene Arten von Stromspeichern zum Einsatz.


Saft- und kraftlos - GiZGRAPHICS - Fotolia.com

Mechanische Energiespeicher

Ein bewährtes Modell zur Energiespeicherung sind Pumpspeicherkraftwerke. Hier wird überschüssiger Strom genutzt, um Wasser in ein höher gelegenes Reservoir zu pumpen. Bei Bedarf wird das Reservoir wieder geleert und mittels einer Wasserturbine Strom erzeugt. Pumpspeicherkraftwerke zählen zu den weltweit bedeutendsten Speichertechnologien. Sie sind verhältnismäßig einfach zu realisieren und verfügen über einen hohen Wirkungsgrad. Nachteilig wirken sich die hohen Investitionskosten und die geografischen Beschränkungen für den Standort der Pumpspeicherkraftwerke aus.

Ein Schwungrad speichert Energie in der Form von kinetischer Rotationsenergie, indem eine große Masse in Rotation versetzt wird. Zur Entladung wird die kinetische Energie mittels eines Generators in elektrischen Strom oder über ein Getriebe in eine Vorwärtsbewegungen umgewandelt.

Schwungräder kommen etwa in großen Fahrzeugen wie Diesellokomotiven oder Lastkraftwagen zum Einsatz. Sie unterstützten den Bremsvorgang indem sie die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs in Rotationsenergie umwandeln. Die so gespeicherte Energie kann beim erneuten Anfahren zur direkten Beschleunigung genützt oder über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden. Bei Versuchen mit Hybridautos konnten mittels eines Schwungrades der Treibstoffverbrauch im Stadtverkehr um bis zu 30% verringert werden.

Chemische Energiespeicher

Bleiakkumulatoren und Lithium-Ionen-Batterien dürften die geläufigsten Arten von Stromspeicher im Alltag sein. Sie dienen zum kurz- oder mittelfristigen Speichern von Energie für mobile Geräte und Elektroautos. Es gibt jedoch auch Versuche zur industriellen Energiespeicherung mittels Lithium-Ionen-Batterie-Container, was jedoch aufgrund der hohen Kosten bestenfalls eine Nischenlösung bleiben dürfte.

Eine für diesen Bereich interessantere Möglichkeit ist die Speicherung von Energie in Form von Wasserstoff. Elektrische Energie lässt sich mittels der Elektrolyse von Wasser direkt in Wasserstoff umwandeln. Wasserstoff kann anschließend mittels einer Verbrennungsturbine oder einer Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie zurückgeführt werden. Der Vorteil der Wasserstoffspeicherung ist die Möglichkeit, große Mengen Energie auch über einen langen Zeitraum verlustfrei speichern zu können. Allerdings sind die bestehenden Systeme zur Erzeugung und Rückführung von Wasserstoff sehr ineffizient und kostspielig.

Eine Alternative zur Wasserstoff-Speicherung ist die Erzeugung von synthetischem Erdgas. Dabei wird aus Wasserstoff und Kohlendioxid durch das so genannte Fischer-Tropsch-Verfahren Methan erzeugt. Methan ist ein Hauptbestandteil von Erdgas und lässt sich daher direkt in das Erdgasnetz einspeisen. Somit lässt sich elektrische Energie in eine alternativ nutzbare Form umwandeln, jedoch ist diese Methode noch ineffizienter als die Wasserstoffspeicherung.

Elektrische Energiespeicher

Energie lässt sich auch direkt in elektrische Form mittels Kondensatoren oder supraleitenden Spulen speichern. Beide Möglichkeiten eignen sich jedoch nur zur Kurzzeitspeicherung und kommen in der Energiewirtschaft nicht zum Einsatz. Fortschritte in der Supraleittechnik könnten dies jedoch grundlegend ändern.

Thermische Energiespeicher

Thermoelektrische Hochtemperaturspeicher speichern Energie, indem sie spezielle Materialien wie geschmolzenes Salz auf Temperaturen um 500°C aufheizen. Diese Wärme lässt sich wieder in elektrischen Strom zurückwandeln, indem mittels des erhitzten Materials Dampf erzeugt wird, um damit eine Turbine anzutreiben. Diese Art des Stromspeichers ist noch relativ neu, kommt aber in Solaranlagen zum Einsatz. Dabei wird mittels Spiegelkollektoren Sonnenlicht auf einen zentralen Turm gebündelt und so ein spezielles Öl auf mehrere hundert Grad erhitzt. Dieses Öl kann nun auch nach Sonnenuntergang zur Dampferzeugung und damit zur Stromgewinnung genutzt werden, wodurch sich die Flexibilität der Solaranlage dramatisch erhöhen lässt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Bild Quelle
Tesla Roadster Creative Commons Creative Commons
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Quelle: Wikipedia
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