Steigende Energierechnungen, die auf eine weltweite Gasversorgungskrise zurückzuführen sind, haben die Aufmerksamkeit auf das uralte Problem gelenkt: Wie können wir Strom besser speichern?
Die Aufmerksamkeit richtete sich auf die Schließung des Rough-Gasspeichers in der Nordsee im Jahr 2017, wodurch Großbritannien nur noch genug Speicher hatte, um den Bedarf von vier bis fünf Wintertagen zu decken.
Aber während das Gas auslaufen wird, löst die zunehmende Abhängigkeit Großbritanniens von erneuerbaren Energien wie Offshore-Wind und Solar das Problem der Unterbrechung – was passiert, wenn der Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint.
Der Schlüssel zur Sicherung ausreichend erschwinglicher, kohlenstoffarmer Energie ist mehr Speicher, um das Beste aus der verfügbaren erneuerbaren Energie zu machen. Für das kommende Jahrzehnt wird ein Speicherboom prognostiziert, da die Regierungen darum kämpfen, ihre Klimaziele zu erreichen.
Innerhalb der nächsten fünf Jahre erwartet die Internationale Energieagentur (IEA) einen Ausbau der weltweiten Energiespeicherkapazität um 56 % auf mehr als 270 GW bis 2026, angetrieben durch den wachsenden Bedarf an flexiblen Stromsystemen, die stärker auf erneuerbaren Quellen basieren.
Laut einem Bericht von Bloomberg New Energy Finance dürften etablierte Lithium-Ionen-Batterien dominieren, aber ihre Kapazität wird in Stunden und nicht in Tagen gemessen. Neue Energietechnologien, die Energie über längere Zeiträume speichern können, haben im Zuge der Energiekrise im Winter in der Energiewirtschaft erneut Anklang gefunden.
Hier sind vier Möglichkeiten zur Energiespeicherung mit großer Reichweite, die dazu beitragen könnten, dass das Licht auch in Zukunft brennt:
‘Schwerkraft’-Speicher
Wasserkraft dient in Großbritannien seit Jahrzehnten als eine Form der Energiespeicherung. Das Prinzip ist einfach: Mit Strom wird Wasser nach oben in ein Reservoir gepumpt, wenn der Markt genügend Strom zur Verfügung hat. Wenn die Stromversorgung knapp wird, kann das Wasser kurzfristig freigegeben werden, um über eine Generatorturbine zu fließen, um Strom für das Netz zu erzeugen.
Eine neue Art von Pumpspeichern könnte eine noch größere Rolle spielen als die riesigen Wasserkraftwerke der Vergangenheit. Ingenieure glauben, dass sie Hunderte von potenziellen Standorten in ganz Großbritannien erschließen könnten, die schneller und billiger zu bauen wären als herkömmliche Wasserkraftdämme. Durch die Verwendung einer mineralstoffreichen Flüssigkeit, die mehr als die zweieinhalbfache Dichte von Wasser hat, könnten Projekte aus weniger als halb so hohen Hängen die gleiche Strommenge erzeugen.
Normalerweise wird Pumpwasserkraft im Bereich von fünf bis 175 Stunden gespeichert, verglichen mit der am häufigsten verwendeten Lithium-Ionen-Batterietechnologie, die Strom laut IEA normalerweise weniger als vier Stunden speichern kann. Einem Bericht der Pariser Agentur zufolge dominiert Indien den Ausbau der Pumpspeicherkraftwerke dank Projekten, die seine bestehenden großen Stauseen nutzen.
Eine andere Form der „mechanischen Energiespeicherung“, die in Zukunft eine größere Rolle spielen könnte, besteht darin, die „Schwerkraft“ zur Stromerzeugung zu nutzen, indem mit elektrischen Winden 12.000 Tonnen schwere Gewichte auf die Spitze eines stillgelegten Minenschachts gehoben werden, wenn es genug erneuerbare Energien gibt Energie zur Verfügung, und dann fallen die Gewichte Hunderte von Metern in vertikale Schächte, um bei Bedarf Strom zu erzeugen. Es ist unwahrscheinlich, dass diese innovativen Speicherprojekte den Bedarf des Vereinigten Königreichs an Batterien decken, aber sie könnten dem Land helfen, seine Klimaziele zu geringeren Kosten zu erreichen.
Konzentrierter Solarstromspeicher
In der Hitze der Wüste von Nevada haben US-Ingenieure bereits damit begonnen, eine neue Technologie zu entwickeln, die erneuerbare Energie als Wärme speichert. Das Crescent Dunes-Projekt nutzt die Wärme einer riesigen Solarfarm, die mithilfe von Spiegeln konzentriert wird, um geschmolzenes Salz auf Temperaturen von bis zu 560 °C zu erhitzen. Das Salz kann diese Temperatur halten, bis Strom benötigt wird. Anschließend wird mit der Wärme eine konventionelle Dampfturbine betrieben, die noch lange nach Sonnenuntergang genug Strom erzeugt, um 75.000 Haushalte mit Strom zu versorgen.
Die IEA erwartet, dass China dank eines großzügigen Förderprogramms, das bis Ende dieses Jahres andauern soll, beim Ausbau konzentrierter Solarstromspeicher führend sein wird. Neben China werden die Vereinigten Arabischen Emirate voraussichtlich das zweitgrößte Volumen an neuen Kapazitäten weltweit aufbauen. Ähnliche Projekte entstehen auch in ganz Australien.
Konzentrierter Solarstrom wird laut IEA typischerweise zwischen fünf und 15 Stunden gespeichert, mehr als dreimal so lange wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Im Gegensatz zu Batterien, die eine endliche Anzahl von Lade-/Entladezyklen haben, ist das geschmolzene Silizium unbegrenzt verwendbar und kann am Ende ihrer 20-jährigen Lebensdauer recycelt werden.
Grüner Wasserstoff
Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Wasserstoff aus Wasser und erneuerbarer Energie in den kommenden Jahrzehnten boomt, da die Regierungen planen, die fossilen Brennstoffe, die in Kraftwerken, Fabriken und im Schwerverkehr verwendet werden, durch die sauber verbrennende, grüne Alternative zu ersetzen. Aber auch als Energiespeicher kann grüner Wasserstoff genutzt werden.
„Wenn der Wind weht, aber das Netz mit erneuerbarer Energie überversorgt ist, kann man Energie etwa eine Stunde lang in einer Batterie speichern“, sagt Graham Cooley, der Geschäftsführer von ITM Power, die Elektrolyseure zur Herstellung von grünem Wasserstoff herstellt. „Aber wenn man Energie für Tage oder gar Monate speichern will, braucht man etwas Neues.“
In der Vergangenheit war der britische Stromnetzbetreiber gezwungen, Erneuerbare-Energien-Entwickler dafür zu bezahlen, dass sie ihre Windräder oder Solarparks abschalten, um eine Überlastung des Netzes mit Ökostrom zu vermeiden, wenn das Stromangebot die Nachfrage übersteigt. Aber die Nutzung sonniger Wochenenden und windiger Nächte zum Betreiben von Elektrolyseuren und zur Erzeugung von grünem Wasserstoff könnte den Ländern helfen, ihre Wind- und Solarparks besser zu nutzen.
Colley sagte, ITM Power sieht sich einer wachsenden Nachfrage nach seinen Elektrolyseuren gegenüber, die in einer Fabrik in Sheffield gebaut werden, teilweise weil die Kosten für die Produktion von grünem Wasserstoff im Einklang mit den sinkenden Kosten für erneuerbare Energien radikal gesunken sind. Es helfe, dass mehr Energieunternehmen daran interessiert seien, den Rekordpreis auch für fossiles Gas zu vermeiden, fügte er hinzu.
„Kryogene“ Batterien
In den kommenden Monaten wird in der Nähe von Manchester im Vereinigten Königreich eine der größten Flüssigluft- oder „kryogenen“ Batterien der Welt ihren Betrieb aufnehmen, nachdem ihre Entwickler versprochen hatten, erneuerbare Energie wochenlang statt stundenlang zu speichern.
Das Projekt wird entwickelt von Highview-Leistung. Es plant, erneuerbaren Strom zu verwenden, um die Luft auf -196 ° C zu kühlen und sie in eine Flüssigkeit umzuwandeln, die wochenlang in großen Metalltanks gelagert werden könnte. Bei Bedarf kann die Flüssigkeit wieder in Gas umgewandelt und verwendet werden, um eine Turbine anzutreiben und genug Strom zu erzeugen, um bis zu 200.000 Haushalte fünf Stunden lang zu versorgen.
Die vollwertige „Kryobatterie“ wird eine Kapazität von 50 MW oder 250 MWh über eine fünfstündige Freigabezeit haben und folgt dem Erfolg eines 5-MW-Pfadfinder-Projekts, das im Sommer 2018 neben einer Deponie in Bury, Greater Manchester, errichtet wurde.
Highview plant, seine Langzeitbatterien in den USA und Chile zu bauen, und plante Anfang des Jahres, sieben neue Flüssig-Luft-Projekte in Spanien mit Kosten von etwa 1 Milliarde US-Dollar (735 Mio. GBP) zu entwickeln. Das britische Projekt wird das erste sein.