Energiespeicher

Energiespeicher dienen der Speicherung von momentan verfügbarer, aber nicht benötigter Energie zur späteren Nutzung. Diese Speicherung geht häufig mit einer Wandlung der Energieform einher, beispielsweise von elektrischer in chemische Energie (Akkumulator) oder von elektrischer in potenzielle Energie (Pumpspeicherkraftwerk). Im Bedarfsfalle wird die Energie dann in die gewünschte Form zurückgewandelt. Sowohl bei der Speicherung als auch bei der Energieumwandlung treten immer – meist thermische – Verluste auf.

Einteilung und Übersicht

Nach Energieform

Datei:Fernwärmespeicher Theiss.jpg

Fernwärmespeicher des Kraftwerkes Theiß mit 50.000 m³ Inhalt, welcher das Fernwärmenetz Krems speist. Speichervermögen 2 GWh

Datei:Datacenter Backup Batteries.jpg

Batterieraum

Energiespeicher werden nach der gespeicherten (Haupt-)Energieform klassifiziert. Oft wird aber beim Auf- oder Entladen des Speichers eine davon abweichende Energieform verwendet. Beim Akkumulator wird beispielsweise elektrische Energie zugeführt; diese wird während des Aufladens in chemische Energie umgewandelt:

Thermische Energie: Wärmespeicher, Fernwärmespeicher, Thermochemische Wärmespeicher, Latentwärmespeicher, Gasverflüssigung durch Kälte
Chemische Energie:
- anorganisch: galvanische Zelle (Batterie, Akkumulator), Redox-Flow-Batterie, Wasserstoff
- organisch: ADP, ATP, AMP, Glykogen, Kohlenhydrate, Fette, Chemische Wasserstoffspeicher
Mechanische Energie:
- Kinetische Energie (Bewegungsenergie): Schwungrad bzw. Schwungradspeicher
- Potentielle Energie (Lageenergie): Feder, Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicherkraftwerk, Hubspeicherkraftwerk
Elektrische Energie: Kondensator, Supraleitender Magnetischer Energiespeicher

Daneben wird der Begriff teils auch für Behälter benutzt, die selbst keine Energie, sondern Brenn- oder Kraftstoffe aufnehmen:

Kavernenspeicher für Rohöl, Erdgas und Druckluft
Kohlehalde als Lagerort für Kohle
Biogasspeicher, die etwa eine Tagesproduktion eines Biogaskraftwerks zwischenspeichern können.
Porenspeicher für Erdgas
Stauseen zur Regulierung des Zuflusses für Wasserkraftwerk sowie als Speicher für Speicherkraftwerke
Lagertank und Kraftstofftank
Adsorptionsspeicher

Oft wird auch die Brennstoffzelle als Energiespeicher bezeichnet. Sie ist jedoch nur in der Lage, elektrische Energie aus chemischen Reaktionen zu gewinnen und zählt somit zu den Energiewandlern, nicht zu den Energiespeichern.

Nach Speicherdauer

Zudem lassen sich Energiespeicher anhand der Speicherdauer in Kurzzeit- und Langzeitspeicher unterteilen. Beispielsweise erfordern unterschiedliche Schwankungsmuster bei der Stromerzeugung mittels Photovoltaik (PV) und Windkraftanlagen einerseits und dem Stromverbrauch andererseits Speicherkapazitäten für verschieden lange Zeiträume. Je nach betrachteter Zeitskala kommen verschiedene Technologien zum Einsatz, wobei sich folgende Zeitfenster ausmachen lassen:<ref>Ludwig Einhellig, Andreas Eisfelder: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20131005000805

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  }} In: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 2012, S. 34; abgerufen am 22. April 2015.</ref>

Subsekundenbereich bis zu wenigen Minuten (Einspeisefluktuationen);
bis zu einem Tag (z. B. PV-Tagesmuster);
bis zu drei Tagen (Zufallsschwankungen);
ein bis zwei Wochen (anhaltende Stark- oder Schwachwindperioden);
saisonaler Ausgleich.

Kurzzeitspeicher speichern die jeweilige Energie für Sekundenbruchteile bis zu einem Tag, besitzen einen hohen Speicherwirkungsgrad und weisen hohe Zyklenzahlen auf. Zu ihnen zählen u. a. Schwungmassenspeicher, Kondensatoren, Spulen (als Sekundenspeicher), Akkumulatoren (als Minuten- bis Tagesspeicher) und Pumpspeicher und Druckluftspeicher als (Stunden- bis Tagesspeicher). Auch verschiedene latente und sensible Wärmespeicher können als Minuten- bis Tagesspeicher eingesetzt werden.<ref name="Sterner S. 41f" />

Langzeitspeicher können Energie hingegen über Tage bis Jahre speichern und besitzen pro Leistungseinheit ein sehr hohes Energiespeichervermögen. Sie weisen eine niedrige Selbstentladung auf und haben geringere Speicherwirkungsgrade sowie niedrigere Zyklenzahlen als Kurzfristspeicher. Zu ihnen zählen Gasspeicher, sensible und latente Wärmespeicher, Fernwärmespeicher, Brenn- und Kraftstoffe sowie manche Pumpspeicher.<ref name="Sterner S. 41f">Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Springer, Berlin 2014, S. 41f.</ref>

Speichern elektrischer Energie

Elektrische Energie lässt sich nur in verhältnismäßig geringen Mengen in Kondensatoren oder supraleitenden Spulen direkt speichern. Deshalb ist es wirtschaftlicher, die Energie verlustbehaftet in eine andere Energieart umzuwandeln und bei Bedarf wiederum mit Energieverlust zurückzuwandeln. Während der Speicherdauer verliert der Speicher selber Energie. Die Summe aller Einzelverluste kann erheblich sein und das Verfahren insgesamt unwirtschaftlich machen.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens steht bei Energiespeicherung meist im Vordergrund, also die Investitions- und Betriebskosten der Anlage und der Gesamtwirkungsgrad. Es geht zumindest bei großen Anlagen meist nicht um eine kurzfristige Leistungserhöhung. Bei sehr kleinen Anlagen wie beim Elektronenblitz steht manchmal die Leistungserhöhung im Vordergrund, weil beispielsweise die ursprüngliche Energiequelle nicht ausreichend Leistung abgeben kann. Auch hybride Speichersysteme sind möglich, um längerfristig geringe oder kurzfristige hohe Leistungsbedarfe bereitzustellen.

Bei häuslichen Photovoltaikanlagen werden derzeit ausschließlich Batteriespeicher eingesetzt.

Verfahren<ref>Stromspeicher-Technologien im Vergleich, auf energieverbraucher.de</ref>	max. Leistung in MW	Lebensdauer in Zyklen	Wirkungsgrad in %	Selbstentladung in %/h	Investition in €/kWh Speicherkapazität	Kosten je gespeicherter kWh in €-Cent	Energiedichte in Wh/kg	Typ. Zeit der Entladung bei üblicher Baugröße
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Superkondensator	0,1	Vorlage:ZahlExpZelle	90	0,2	10.000		5	100 s
supraleitende Spule	7	Vorlage:ZahlExpZelle	90	?	30–200		0,03	0,01 s
Schwungrad (Stahl, alte Bauart) 3.000 min⁻¹	15	Vorlage:ZahlExpZelle	90	3–20	5000		6	100 s
Schwungrad (aufgewickelter CFK) 80.000 min⁻¹	50	Vorlage:ZahlZelle<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20100917202439	*	Vorlage:Webarchiv/Wartung/Stern{{#if: flywheels, \| {{#invoke:WLink\|getEscapedTitle\|flywheels,}} \| {{#invoke:Webarchiv\|getdomain\|http://www.beaconpower.com/files/20100420-beacon-power-bill-capp-presentation.pdf}} }} (Archivversionen)	20100917202439}}	{{#if:	}}Vorlage:Webarchiv/Wartung/DatumDer Wert des Parameters `{{#if: wayback \| wayback \| Datum }}` muss ein gültiger Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS sein!	{{#invoke:WLink\|getEscapedTitle\|flywheels,}} \| {{#invoke:Webarchiv\|getdomain\|http://www.beaconpower.com/files/20100420-beacon-power-bill-capp-presentation.pdf}} }}] {{#ifeq: \| [] \| [ \| ( }}Memento{{#if: {{#if: \| {{{archiv-bot}}} \| }} \| des Vorlage:Referrer }} vom {{#time: j. 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Oktober 2010.</ref>	95	0,1–10	{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate\|Execute}}\|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}\| \|}}}}{{#if:\|{{{autor}}}: }}{{#if:https://web.archive.org/web/20181013102141/https://www.lazard.com/media/438042/lazard-levelized-cost-of-storage-v20.pdf%7C{{#if:Lazard’s levelized cost of storage – version 2.0\|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|archivURL\|1={{#invoke:URLutil\|getNormalized\|1=https://web.archive.org/web/20181013102141/https://www.lazard.com/media/438042/lazard-levelized-cost-of-storage-v20.pdf}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|TitelFormat\|titel=Lazard’s levelized cost of storage – version 2.0}}]{{#if:PDF\| (PDF)}}{{#if:\| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|Endpunkt\|titel={{{titelerg}}}}}}}}}\|{{#if:https://www.lazard.com/media/438042/lazard-levelized-cost-of-storage-v20.pdf%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C1}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Lazard’s 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Ludwig-Bölkow-Systemtechnik, Ottobrunn 1997.</ref> (Brennstoffzelle)	34–62<ref name="FraunhoferWindgas">Gutachten des Fraunhofer IWES zum Thema: Windgas (PDF; 2,1 MB)</ref>	0,1	{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate\|Execute}}\|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}\| \|}}}}{{#if:\|{{{autor}}}: }}{{#if:\|{{#if:Stromspeicher, Teil 3\|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|archivURL\|1={{#invoke:URLutil\|getNormalized\|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|TitelFormat\|titel=Stromspeicher, Teil 3}}]{{#if:\| ({{{format}}})}}{{#if:\| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|Endpunkt\|titel={{{titelerg}}}}}}}}}\|{{#if:http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgaben/ep200802/0208_speicher_3.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Stromspeicher, Teil 3}}}}\|[{{#invoke:URLutil\|getNormalized\|1=http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgaben/ep200802/0208_speicher_3.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|TitelFormat\|titel={{#invoke:WLink\|getEscapedTitle\|1=Stromspeicher, Teil 3}}}}]}}{{#if:\| ({{{format}}}{{#if:Max-Planck-Institut2008-02{{#if: 2018-01-29 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}	1}}}}	)	de	1}}}}\| ;	{{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|Endpunkt\|titel={{{titelerg}}}}}}}}}}}{{#if:http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgaben/ep200802/0208_speicher_3.html%7C{{#if:{{#invoke:URLutil%7CisResourceURL%7C1=http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgaben/ep200802/0208_speicher_3.html}}	URL ungültig}}}}{{#if:Stromspeicher, Teil 3\|{{#if:{{#invoke:WLink\|isValidLinktext\|1=Stromspeicher, Teil 3\|lines=0}}	Linktext ungültig}}}}{{#if: \| In: {{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|TitelFormat\|titel={{{werk}}}}}}}{{#if: Max-Planck-Institut\| Max-Planck-Institut{{#if: 2008-02\|,\|{{#if: 2018-01-29 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|;\|,}}}}}}}}{{#if: 2008-02\| {{#if:{{#invoke:DateTime\|format\|2008-02\|noerror=1}}	format\|2008-02\|T._Monat JJJJ}}	failure\|1=Fehler bei Vorlage:Internetquelle, `datum=2008-02`\|class=Zitationswartung}} }}{{#if: \|,\|{{#if: 2018-01-29 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|;\|,}}}}}}}}{{#if: \| S. {{{seiten}}}{{#if: \|,\|{{#if: 2018-01-29 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|;\|,}}}}}}}}{{#if: {{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\| {{#if:2008-02Max-Planck-Institut\|{{#if:\|archiviert\|ehemals}}\|{{#if:\|Archiviert\|Ehemals}}}} {{#if:\|vom\|im}} Vorlage:Referrer{{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\| (nicht mehr online verfügbar)}}{{#if: \| am {{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate\|Execute}}\|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}\|{{{archiv-datum}}}{{#if:89554	;}}}}{{#if: 2018-01-29\| {{#if:2008-02Max-Planck-Institut{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|abgerufen\|Abgerufen}} {{#switch: {{#invoke:Str\|len\| {{#invoke:DateTime\|format\| 2018-01-29 \|ISO\|noerror=1}} }}	4=im Jahr	7=im	10=am	failure\|1=Fehler bei Vorlage:Internetquelle, `abruf=2018-01-29`\|class=Zitationswartung}} }} {{#invoke:DateTime\|format\|2018-01-29\|T._Monat JJJJ}}	failure\|1=Vorlage:Internetquelle \| `abruf=`2026-MM-TT ist Pflichtparameter}} }}{{#if:{{#ifeq:de\|de	1}}}}\|{{#if:Max-Planck-Institut2008-02{{#if: 2018-01-29 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}	1}}}}	(	\| (}} }}{{#ifeq:{{#if:de\|de\|de}}\|de\|\| {{#invoke:Multilingual\|format\|{{{sprache}}}\|slang=!\|split=[%s,]+\|shift=m\|separator=, }}}}{{#if: \|{{#ifeq:{{#if:de\|de\|de}}\|de\|\|, }}{{{kommentar}}}}})}}{{#if: 2008-02{{#if: 2018-01-29 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|\|1}} }}\|{{#if: \|: {{ #if:	„{{ #ifeq: {{#if:{{#if: {{#invoke:templutl\|faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|{{#if: {{#invoke:templutl\|faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|de}} \| de	Vorlage:Str trim	flat}} }}“	faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|{{#if: {{#invoke:templutl\|faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|de}} \| de	„Vorlage:Str trim“	quote	1={{#if:	flat}}	flat}} }}	faculty\|}}\|de-CH\|de}}	3=1}} }} }}{{#if:	: }}{{#if: \| , deutsch: „“ }})	{{#if:	, deutsch: „“ }})	(deutsch: „“) }} }} }}{{#if: {{{zitat}}}	{{#if:	{{#if: {{{zitat}}}	Vorlage:": `Text=` und `1=` gleichzeitig, bzw. 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Die Angaben beziehen sich auf die größten realisierten Anlagen im Dauerbetrieb.

Anmerkungen:

Die Leistungsbeschränkung bezieht sich in allen Fällen darauf, dass die gespeicherte Energie wieder durch eine „Umwandlungselektronik“ (z. B. einen Wechselrichter) in die ursprüngliche Art zurück gewandelt werden muss – das ist im Regelfall das 50-Hz-Netz; die angegebenen Werte können ohne diese Rückumwandlung weit übertroffen werden, wenn man beispielsweise einen Kondensator oder einen Akkumulator kurzschließt – dann kann die Momentanleistung um den Faktor 10.000 oder mehr höher sein als in der Tabelle angegeben. In der Tabelle geht es aber um Energiespeicher und nicht um Leistungserhöhung.
Die angegebenen Lebensdauern sind geschätzte Richtwerte und keine absoluten Grenzwerte. Beispielsweise kann ein Schwungrad lange vor Erreichen der 1-Mio-Grenze ausfallen oder früher verschrottet werden. Bei Akkus kann die Lebensdauer sehr unterschiedlich ausfallen. Ausschlaggebend dafür ist vor allem die Zellchemie und die Betriebsart. Bleibatterien haben eine eher kurze Lebensdauer, Lithium-Ionen-Akkumulatoren können je nach Betrieb bis zu mehrere 10.000 Zyklen genutzt werden (z. B. Lithiumtitanat-Akkumulator), wobei der Akkumulator meist schon bei einer Restkapazität („state of health“) von etwa 80 % als verschlissen gilt. Positiv für eine lange Haltbarkeit sind möglichst niedrige Entladeströme (in der Regel liegt die Maximalbelastung bei stationären Speichern bei etwa 0,5–1 *C), gemäßigte Temperaturen und eine geringe Entladetiefe im mittleren Ladezustandsbereich („state of charge“). Beschleunigend für die Alterung wirken vor allem länger konstante Ladezustände nahe der Grenzwerte 0 % und 100 % und hohe Temperaturen. Häufig macht eine Second-Life Nutzung von gebrauchten Traktionsbatterien Sinn, da diese zwar nicht mehr praktikabel im Fahrzeug einzusetzen sind, aber für viele Jahre in einem stationären Speicher genutzt werden können, bevor sie letztendlich recycelt werden. Der bisher größte umgesetzte Second-Use Batteriespeicher befindet sich laut Daimler in Lünen, wo gebrauchte Batterien aus Smart ed Fahrzeugen zu einem 13 MWh Energiespeicher gebündelt wurden.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Weltweit größter 2nd-Use-Batteriespeicher geht ans Netz|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Weltweit größter 2nd-Use-Batteriespeicher geht ans Netz}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://media.daimler.com/marsMediaSite/de/instance/ko.xhtml?oid=13634457%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Weltweit größter 2nd-Use-Batteriespeicher geht ans Netz}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://media.daimler.com/marsMediaSite/de/instance/ko.xhtml?oid=13634457}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Weltweit größter 2nd-Use-Batteriespeicher geht ans Netz}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:marsMediaSiteDaimler{{#if: 2018-11-11 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Bei Methan und Wasserstoff sind für den Wirkungsgrad jeweils die Verdichtung des Gases mit 80 bar (Erdgasleitung) berücksichtigt worden. Der bessere Wirkungsgrad bezieht sich hierbei auf die Möglichkeit der Erzeugung von Strom und Wärme (KWK).

Experimentelle Speicher

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Thermovoltaik Speicher ermöglichen die Speicherung von Wärmeenergie in Graphit und deren Rückgewinnung aus Wärmestrahlung durch die Nutzung von Photovoltaikzellen. Der Wirkungsgrad liegt bei bis zu 40 % und die Graphitspeicher halten Temperaturen bis zu 2500 °C (Vgl. Dampfturbine 30 % und 1500 °C).<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Speicherbedarf durch die Energiewende

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Datei:20170313 xl 1911-Karikatur-Gerhard-Mester--Energiespeicher.jpg

Karikatur zur Diskussion um die Notwendigkeit von Energiespeichern Gerhard Mester (2017)

Durch die Energiewende, die u. a. aus Umwelt- und Klimaschutzgründen sowie der Endlichkeit der fossilen Energieträger einen Umstieg von grundlastfähigen konventionellen Kraftwerken hin zu mehrheitlich fluktuierenden erneuerbaren Energien vorsieht, wird sich langfristig weltweit ein zusätzlicher Bedarf an Energiespeichern ergeben. Hierbei muss sich jede Speicherlösung ökonomisch gegen verfügbare Alternativen behaupten. Beispiele für solche Alternativen sind Demand Side Management, Demand Response, zusätzliche Stromleitungen oder die Nutzung von Synergieeffekten (z. B. zwischen Wasser- und Solar/Windenergie).<ref name="Henning" />

Wichtig in diesem Zusammenhang ist es, das Energiesystem ganzheitlich und gekoppelt zu betrachten und nicht nur den Stromsektor. So liegt der Sinn der sog. Sektorenkopplung u. a. darin, über die verschiedenen Sektoren des Energiesystems einen sehr flexiblen Stromverbrauch zu schaffen, der die nötige Flexibilität aufweist, um die Erzeugungsschwankungen der variablen erneuerbaren Energien aufzunehmen. Während z. B. Ansätze, die nur den Stromsektor alleine betrachten, oft vergleichsweise hohe und teure Stromspeicherkapazitäten erfordern, ermöglichen sektorgekoppelte Energiesysteme einen geringeren Einsatz von vergleichsweise teuren Stromspeichern, da die schwankende Erzeugung von Wind- und Solarstrom nicht mehr nur im Stromsektor ausgeglichen werden muss, sondern unter anderem auch Wärmesektor oder Verkehrssektor die nötige Flexibilität zum Ausgleich der Schwankungen liefern können.<ref name="Lund 2017">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> So sind z. B. große Fernwärmespeicher derzeit die günstigste Form der Energiespeicherung überhaupt.<ref name="Mazhar">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Eine Notwendigkeit für Integrationsmaßnahmen der erneuerbaren Energien besteht erst ab der zweiten Phase der Energiewende, in der Deutschland mittlerweile angekommen ist. In dieser zweiten Phase der Energiewende müssen Maßnahmen wie z. B. der Aufbau von intelligenten Stromnetzen ({{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=en|SCRIPTING=Latn|SERVICE=englisch}}), der Ausbau der Stromnetze usw. erfolgen. Ab dieser Phase wird dann auch zunehmend der Einsatz von Kurzfristspeichern wie z. B. Pumpspeicher- oder Batteriespeichern sinnvoll. Langzeitspeicher wie die Power-to-Gas-Technologie werden erst notwendig, wenn es im Stromsystem hohe und längere Stromüberschüsse gibt, wie sie ab Anteilen der erneuerbaren Energien von mindestens 60 bis 70 Prozent zu erwarten sind. Auch hier ist es jedoch sinnvoll, zunächst das gewonnene Synthesegas nicht rückzuverstromen, sondern es vorwiegend in anderen Sektoren wie z. B. im Verkehrswesen einzusetzen. Die Rückverstromung ist schließlich der letzte Schritt bei der Umstellung des Energiesystems hin zu 100 % Erneuerbaren Energien.<ref name="Henning">Henning et al., Phasen der Transformation des Energiesystems. In: Energiewirtschaftliche Tagesfragen 65, Heft 1/2, (2015), S. 10–13.</ref>

Eine zu früh aufgebaute Speicherinfrastruktur kann ökologisch kontraproduktiv sein. So ist z. B. bis zu einem Anteil von ca. 40 % erneuerbaren Energien an der Jahresstromproduktion eine flexiblere Auslastung der bestehenden konventionellen Kraftwerke die vorteilhafteste Möglichkeit zur Einbindung von regenerativen Energien. Erst darüber werden zusätzliche Speicherkraftwerke benötigt. Speicher, die vorher gebaut werden, ermöglichen stattdessen eine bessere Auslastung von Braunkohlekraftwerken zulasten weniger umweltschädlicher Kraftwerke (Steinkohle und Erdgas) und erhöhen damit die CO₂-Emissionen.<ref>Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Berlin/Heidelberg 2014, S. 95.</ref> Für eine Versorgung mit 100 % erneuerbaren Energien sind Energiespeicher zwingend erforderlich, wobei der notwendige Speicherbedarf durch Maßnahmen wie den internationalen Stromnetzausbau und die Erhöhung von Netzkuppelstellen stark reduziert werden kann. Durch Stromnetzausbau und den Aufbau von Speichern erhöhen sich die Kosten der Energieversorgung. Bei einer Vollversorgung mit 100 % erneuerbaren Energien werden die Mehrkosten für Speicherung auf 20–30 % der reinen Stromgestehungskosten der Erzeugung geschätzt.<ref>Martin Zapf: Stromspeicher und Power-to-Gas im deutschen Energiesystem. Rahmenbedingungen, Bedarf und Einsatzmöglichkeiten. Wiesbaden 2017, S. 133.</ref>

Marktentwicklung

Datei:2021-10-15 PV system with storage in single-family home.jpg

Wechselrichter einer PV-Anlage mit Batteriespeicher im Einfamilienhaus (2021)

Für Hauseigentümer mit eigener Energieeinspeisung durch Photovoltaik lassen sich seit etwa 2013 dezentrale Energiespeicher wirtschaftlich betreiben. Nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft sind 2014 die Preise von Batteriespeichern um 25 % gefallen. Seit Mai 2013 fördert die KfW die Installation von Batteriespeichern einschließlich Anreizen zur Netzstabilisierung. Dadurch stieg die Nachfrage sprunghaft an.<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20150616063950

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            }} 
       }}
  }} Hannover Messe / BEE, Studie, 2015</ref> Nachdem die Förderung von Batteriespeichern zunächst zum 31. Dezember 2015 auslaufen sollte, wurde die Förderung entgegen der ursprünglichen Haltung von Sigmar Gabriel nach heftiger Kritik von zahlreichen Verbänden und Unternehmen dennoch in modifizierter Version verlängert.<ref>TWCportal: Photovoltaik & Solarthermie Förderung 2016</ref><ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20160325211138
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       | #default= Der Wert des Parameters {{#if: webciteID | webciteID | ID }} muss entweder ein Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS oder ein Schüsselwert mit 9 Zeichen oder eine 16-stellige Zahl sein!Vorlage:Webarchiv/Wartung/webcitation{{#if:  || }}
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    | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Genau einer der Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive-today', 'archive-is' oder 'archiv-url' muss angegeben werden.|1}}
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        | web.archive.org = 
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        | webcitation.org = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von WebCite erkannt, bitte Parameter 'webciteID' benutzen.|1}} 
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         | {{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}
             | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Wert des Parameter 'archiv-datum' ist ungültig oder hat ein ungültiges Format.|1}}
          |  }} 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Pflichtparameter 'archiv-datum' wurde nicht angegeben.|1}}
      }}
    | {{#if: 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Parameter 'archiv-datum' ist nur in Verbindung mit 'archiv-url' angebbar.|1}}
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  }}{{#if:{{#invoke:URLutil|isHostPathResource|http://www.energiesysteme360.org/2015/12/02/solarstrom-speicherfoerderung-wird-nun-doch-verlaengert/}}
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              | abendblatt.de | daserste.ndr.de | inarchive.com | webcitation.org = 
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            }} 
       }}
  }}</ref> Es wird erwartet, dass Heimenergiespeicherung immer präsenter werden wird, angesichts der wachsenden Bedeutung von dezentraler Energieversorgung (vor allem Photovoltaik) sowie der Tatsache, dass Gebäude den größten Anteil am gesamten Energieverbrauch darstellen<ref name="Lead–acid">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> und die Einspeisetarife unter den Netzbezugstarifen liegen. Ein Haushalt nur mit Photovoltaik kann eine Energieselbstversorgung von maximal etwa 40 % erreichen. Um eine höhere Selbstversorgung zu erreichen, wird angesichts der unterschiedlichen Zeitverläufe von Energieverbrauch und der Energieeinspeisung aus Photovoltaik ein Energiespeicher benötigt.<ref name="Lead–acid" />

Die Kombination von Photovoltaik mit Batteriespeichern hat insbesondere in Bayern und Nordrhein-Westfalen hohen Zubau erfahren, wie das Speichermonitoring des Bundeswirtschaftsministeriums 2018 zeigte.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Registrierungsportals für das Förderprogramm für dezentrale und stationäre Batteriespeichersysteme mit umfassenden Informationen über Solarstromspeicher (PV-Speicher) und deren staatliche Förderung sowie Hintergrundinformationen zur Funktion von PV-Speichern, den Eigenschaften der verschiedenen Batterietypen, unterschiedlichen Systemtopologien sowie den Richtlinien zur Förderung von PV-Speichersystemen durch die KfW Bankengruppe|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Registrierungsportals für das Förderprogramm für dezentrale und stationäre Batteriespeichersysteme mit umfassenden Informationen über Solarstromspeicher (PV-Speicher) und deren staatliche Förderung sowie Hintergrundinformationen zur Funktion von PV-Speichern, den Eigenschaften der verschiedenen Batterietypen, unterschiedlichen Systemtopologien sowie den Richtlinien zur Förderung von PV-Speichersystemen durch die KfW Bankengruppe}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://www.speichermonitoring.de/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Registrierungsportals für das Förderprogramm für dezentrale und stationäre Batteriespeichersysteme mit umfassenden Informationen über Solarstromspeicher (PV-Speicher) und deren staatliche Förderung sowie Hintergrundinformationen zur Funktion von PV-Speichern, den Eigenschaften der verschiedenen Batterietypen, unterschiedlichen Systemtopologien sowie den Richtlinien zur Förderung von PV-Speichersystemen durch die KfW Bankengruppe}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://www.speichermonitoring.de/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Registrierungsportals für das Förderprogramm für dezentrale und stationäre Batteriespeichersysteme mit umfassenden Informationen über Solarstromspeicher (PV-Speicher) und deren staatliche Förderung sowie Hintergrundinformationen zur Funktion von PV-Speichern, den Eigenschaften der verschiedenen Batterietypen, unterschiedlichen Systemtopologien sowie den Richtlinien zur Förderung von PV-Speichersystemen durch die KfW Bankengruppe}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA)RWTH Aachen{{#if: 2018-07-30 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

          | )
          | {{#if:{{#ifeq:de|de||{{#if:|1}}}}| ; 
              | )}}}}}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}}}{{#if:http://www.speichermonitoring.de/%7C{{#if:{{#invoke:URLutil%7CisResourceURL%7C1=http://www.speichermonitoring.de/}}%7C%7C URL ungültig}}}}{{#if:Registrierungsportals für das Förderprogramm für dezentrale und stationäre Batteriespeichersysteme mit umfassenden Informationen über Solarstromspeicher (PV-Speicher) und deren staatliche Förderung sowie Hintergrundinformationen zur Funktion von PV-Speichern, den Eigenschaften der verschiedenen Batterietypen, unterschiedlichen Systemtopologien sowie den Richtlinien zur Förderung von PV-Speichersystemen durch die KfW Bankengruppe|{{#if:{{#invoke:WLink|isValidLinktext|1=Registrierungsportals für das Förderprogramm für dezentrale und stationäre Batteriespeichersysteme mit umfassenden Informationen über Solarstromspeicher (PV-Speicher) und deren staatliche Förderung sowie Hintergrundinformationen zur Funktion von PV-Speichern, den Eigenschaften der verschiedenen Batterietypen, unterschiedlichen Systemtopologien sowie den Richtlinien zur Förderung von PV-Speichersystemen durch die KfW Bankengruppe|lines=0}}|| Linktext ungültig}}}}{{#if: Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA)| In: {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA)}}}}{{#if: RWTH Aachen| RWTH Aachen{{#if: |,|{{#if: 2018-07-30 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}|;|,}}}}}}}}{{#if: | {{#if:{{#invoke:DateTime|format|{{{datum}}}|noerror=1}}
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Siehe auch

Portal: Energie{{#switch:1

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}}

Speicherkraftwerk
Dezentrale Stromerzeugung
Energiespeicher in Elektroautos
Ragone-Diagramm – das Diagramm der spezifischen Leistung zur spezifischen Energie eines Speichermediums
Liste von Batterie-Speicherkraftwerken

Literatur

Peter Birke, Michael Schiemann: Akkumulatoren: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft elektrochemischer Energiespeicher. Utz, München 2013, ISBN 978-3-8316-0958-1.
Michael Sterner, Ingo Stadler (Hrsg.): Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration. 2. Auflage. Berlin/Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-48893-5.
Erich Rummich: Energiespeicher. Grundlagen, Komponenten, Systeme und Anwendungen. Expert, Renningen 2009, ISBN 978-3-8169-2736-5.
Robert A. Huggins: Energy storage – fundamentals, materials and applications. Springer, Cham 2016, ISBN 978-3-319-21238-8.
Armin U. Schmiegel: Energiespeicher für die Energiewende: Auslegung und Betrieb von Speichersystemen. Hanser, München 2019, ISBN 978-3-446-45653-2.

Weblinks

[{{canonicalurl:Commons:Category:{{#if:Energy storage|Energy storage|Energiespeicher}}|uselang=de}} Commons: {{#if:Energiespeicher|Energiespeicher|{{#if:Energy storage|Energy storage|{{#invoke:WLink|getArticleBase}}}}}}]{{#switch:1

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| FEHLER: Ohne Category: angeben!}}}}

Vorlage:Wikidata-Registrierung

Achmed A. W. Khammas: Energiespeichern. In: Buch der Synergie. Teil C Energiespeichern und elektrische Mobilität (Energiespeichern und mobile Anwendungsbereiche der Energiespeicherung, Gesamtinhalt).
{{#if:2018-03-29|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:Dirk Uwe Sauer|Dirk Uwe Sauer: }}{{#if:https://web.archive.org/web/20180329021612/http://www.eurosolar.de/de/images/stories/pdf/Sauer_Optionen_Speicher_regenerativ_okt06.pdf%7C{{#if:Optionen zur Speicherung elektrischer Energie in Energieversorgungssystemen mit regenerativer Stromerzeugung|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://web.archive.org/web/20180329021612/http://www.eurosolar.de/de/images/stories/pdf/Sauer_Optionen_Speicher_regenerativ_okt06.pdf}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Optionen zur Speicherung elektrischer Energie in Energieversorgungssystemen mit regenerativer Stromerzeugung}}]{{#if:PDF; 1,1 MB| (PDF; 1,1 MB)}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://www.eurosolar.de/de/images/stories/pdf/Sauer_Optionen_Speicher_regenerativ_okt06.pdf%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C1}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Optionen zur Speicherung elektrischer Energie in Energieversorgungssystemen mit regenerativer Stromerzeugung}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://www.eurosolar.de/de/images/stories/pdf/Sauer_Optionen_Speicher_regenerativ_okt06.pdf}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Optionen zur Speicherung elektrischer Energie in Energieversorgungssystemen mit regenerativer Stromerzeugung}}}}]}}{{#if:PDF; 1,1 MB| (PDF; 1,1 MB{{#if:1eurosolar.deRWTH Aachen (Überblick)https://web.archive.org/web/20180329021612/http://www.eurosolar.de/de/images/stories/pdf/Sauer_Optionen_Speicher_regenerativ_okt06.pdf{{#if: 2025-03-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|1}}||1}}}}

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Webportal der Forschungsinitiative Energiespeicher der Bundesregierung.
Energiespeicher. Welt der Physik Podcast, 10. März 2022.
Thomas Grüter: Strom speichern mit Eisen, Natrium und Schwerkraft. Spektrum.de, 4. April 2023.

Einzelnachweise

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