Dezentrale Energiewende: Auf der Suche nach dem Giga-Energiespeicher

12.10.2018 – Die schwankende Wind- und Solarstromproduktion benötigt eine andere Infrastruktur als die schwerfälligen Atom- oder Kohlekraftwerke, Energiespeicher sind daher für den Erfolg der dezentralen Energiewende ein wichtiger Baustein. Bislang fehlen jedoch noch ortsunabhängige und kostengünstige Speicher im Kraftwerksmaßstab. Das wollen Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT), des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Universität Stuttgart nun ändern und planen deshalb den gemeinsamen Bau einer Forschungsanlage, mit der kostengünstige und „nahezu verlustfrei arbeitende Energiespeicher“ entwickelt werden sollen. Mithilfe dieser Anlage mit Namen NADINE (Nationaler Demonstrator für Isentrope Energiespeicher) soll etwa der Einsatz von Flüssigmetallen erforscht werden, die neuartige thermische Speicher ermöglichen. „Große gesellschaftliche Herausforderungen wie die Energiewende lassen sich nur umsetzen, wenn man Kräfte bündelt und eng zusammenarbeitet“, sagt Professor Oliver Kraft, Vizepräsident für Forschung des KIT.

Kohlekraftwerke zu Wärmespeichern

Gemeinsames großes Ziel ist es also, Energiespeicher im Kraftwerksmaßstab nun zügig voranzutreiben. „Bei einem immer größer werdenden Anteil regenerativer Energien stellen sie eine zuverlässige Energieversorgung sicher“, betont die Vorstandsvorsitzende des DLR Prof. Pascale Ehrenfreund, zudem könnten große Wärmespeicher dazu beitragen, die CO₂-Emissionen von Kohlekraftwerken durch Umbau zu Wärmespeicherkraftwerken weltweit zu reduzieren. Für die Realisierung solcher Wärmespeicherkraftwerke im Großformat sei es eben auch vorstellbar, die bestehende Infrastruktur in stillgelegten Kohlekraftwerken zu nutzen. Das hatte die Bundesregierung im Koalitionsvertrag als Beitrag zum Klimaschutz sogar formuliert.

Energienutzung kombinieren

Die Speicherung von elektrischer Energie im Gigawattstunden-Maßstab ist mit Pumpspeicherkraftwerken und Batteriespeichern prinzipiell möglich und wird bereits praktiziert. Etwa 30 Pumpspeicher mit einer Leistung von insgesamt rund 7 Gigawatt, die als Stromspeicher dienen, gibt es in Deutschland.  Es können jedoch kaum weitere Pumpspeicherkraftwerke gebaut werden – das liegt einmal an den topographischen Gegebenheiten und dem knappen natürlichen Raum für solche Kraftwerke, jedoch auch an politischen Regulierungen, die diese Form der Energiespeicherung unrentabel machen, so dass einige Projekte gestoppt wurden; zudem scheiterten vorhaben am Widerstand der Bevölkerung in betroffenen Regionen, denn wegen der massiven Eingriffe in Natur und Landschaft ist diese Art der Energiespeicherung heftig umstritten.

Batteriespeicher in dieser Größenordnung seien hingegen noch zu teuer und zudem nicht langlebig genug. Die Forscher wollen daher flexible und nahezu verlustfreie Energiespeicher entwickeln, sogenannte isentrope Speicher. „Als isentrop wird ein Prozess bezeichnet, der in einem abgeschlossenen System stattfindet, bei dem es zu keinem Wärme- oder Materieaustausch mit der Umgebung kommt“, erläutern die KIT-Forscher das System und nennen als Beispiel die Carnot-Batterie: „Bei dieser wird Strom mithilfe von Wärmepumpen in Wärme und bei Bedarf wieder zurück in Strom umgewandelt.“ Es gilt in Zukunft, flexibler zu denken und einen nicht nur effizienten, sondern auch kreativen Umgang mit den neuen Energien zu finden. „Durch eine intelligente Kombination aus Wärmepumpen, Wärmespeichern, Kältespeichern und Wärmekraftmaschinen können wir nicht nur elektrische Energie speichern, sondern noch Zusatznutzen wie etwa die Kühlung von Rechenzentren erzeugen“, erläutert Professor André Thess, Koordinator von NADINE und Direktor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik. na