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Wenn Sie über Energiespeicherung lesen, stoßen Sie möglicherweise auf Begriffe wie Langzeitspeicherung, saisonale Speicherung, Tagesspeicherung oder Langzeitspeicherung. Die Langzeitspeicherung kann saisonale Energiespeicherung umfassen, die die Stromlieferung auf eine andere Jahreszeit verschieben kann. Durch die Tagesspeicherung kann sich die Strombereitstellung über mehrere Tage verschieben. Und die Langzeitspeicherung ist besonders wichtig für die Umstellung des Stromnetzes auf saubere Energie und das, worauf ich mich hier konzentriere.

Unter Langzeit versteht man die Zeitspanne, in der ein Stromnetz Strom ableiten kann. Das heißt, sobald ein Akku vollständig aufgeladen ist, entspricht die Dauer der Anzahl der Stunden, die er bei einer bestimmten Leistungskapazität Strom liefern kann. Dies unterscheidet sich von der Langzeitspeicherung, bei der es sich um die Zeitspanne handelt, die ein System Energie speichern kann, bevor es sie wieder abgibt.

Da große Mengen an Wind- und Solarressourcen an das Netz angeschlossen sind, könnte eine langfristige Energiespeicherung die Kürzung der Ressourcen erneuerbarer Energiequellen in Zeiten überschüssiger Erzeugung verhindern. Eine Einschränkung liegt vor, wenn das Übertragungsnetz überlastet ist und nicht in der Lage ist, den gesamten erzeugten sauberen und erschwinglichen Strom aufzunehmen. Dies führt zu einer bewussten Reduzierung der Stromproduktion. Die Energiespeicherung kann die Reduzierung verringern, indem sie die effiziente Nutzung sauberer Energieressourcen ermöglicht, sodass zusätzliche Produktion gespeichert und dann genutzt werden kann, wenn sie am meisten benötigt wird. Mit zunehmendem Einsatz erneuerbarer Energien wird die Netzflexibilität, die durch langfristige Energiespeicherung bereitgestellt wird, relevanter und nützlicher.

Langzeitspeicher könnten auch eine größere Netzflexibilität bieten, da sie große Energiemengen speichern können. Ein Langzeitspeichersystem kann laden, wenn der Strombedarf gering ist, und später entladen, wenn er am meisten benötigt wird. Wenn Übertragungssysteme kostspielige Modernisierungen erfordern, können stattdessen Energiespeicher eingesetzt werden, um diese Dienste zu unterstützen. Systeme mit längerer Lebensdauer können die Lebensdauer von Übertragungsgeräten weiter verlängern, indem sie häufiger und über längere Zeiträume betrieben werden. Da extreme Wetterereignisse und Ausfälle länger und häufiger auftreten, könnten Langzeitentladungen den turbulenten Netzbedingungen besser Rechnung tragen und eine größere Widerstandsfähigkeit bieten.

Bei langfristiger Energiespeicherung wird davon ausgegangen, dass sie den vollen Kapazitätswert hat, da sie bis zu einem Tag lang entladen werden kann. Der Kapazitätsbeitrag einer Ressource bestimmt, wie viel diese Ressource auf die Anforderungen an die Ressourcenadäquanz angerechnet wird. Die marginale effektive Lasttragekapazität (ELCC) für die Speicherung unter 12–16 Stunden würde im Laufe der zunehmenden Speicherbereitstellung wahrscheinlich immer noch abnehmen, jedoch nicht so schnell wie bei der Speicherung mit kurzer Dauer. (Lesen Sie diesen Beitrag meines Kollegen Mark Specht, um einen vollständigen Überblick darüber zu erhalten, was ELCC ist und warum es wichtig ist.)

Es gibt keine einheitliche Definition für „lange Dauer“, aber laut dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) liegt die am häufigsten genannte Zahl bei 10+ Stunden. NREL gibt außerdem an, dass der Kontext rund um die Anwendung wichtig ist, wenn es darum geht, was unter „langer Dauer“ zu verstehen ist. Beispielsweise kann eine 6-Stunden-Batterie in manchen Situationen eine feste Kapazität bieten – die Fähigkeit, Spitzenbedarf zu decken und andere widrige Bedingungen wie Stromausfälle abzudecken –, während in anderen ein Speichersystem mit 100 Stunden Laufzeit möglicherweise mehr ausreicht notwendig.

Genau wie die kurzzeitige Energiespeicherung gibt es auch Langzeitenergiespeichertechnologien in vielen Formen und chemischen Zusammensetzungen. Die gebräuchlichsten Arten sind thermische, elektrochemische und mechanische. Da der Langzeitspeicherung von Energie in letzter Zeit große Aufmerksamkeit gewidmet wird, verändert sich die Technologielandschaft ständig.

Können Netzbetreiber und Energieversorger nicht einfach die beste verfügbare Langzeit-Energiespeichertechnologie auswählen und diese nutzen?

Ja und nein.

Es gibt Kompromisse bei verschiedenen Technologien. Pumpspeicherkraftwerke, die es schon seit langem gibt, haben einen relativ guten Wirkungsgrad und sind nicht so teuer wie einige andere Optionen, aber es gibt Grenzen, wo wir diese Art von System bauen können, und die Auswirkungen auf die Umwelt sind zu berücksichtigen. (Ein riesiger Damm wird wahrscheinlich so schnell nicht mitten auf dem Times Square entstehen!)

Für ein elektrochemisches System wie eine Metallanodenbatterie gibt es weniger Standortbeschränkungen, aber derzeit ist es teuer und wird nicht so häufig eingesetzt wie ältere Technologien. Da Technologieanbieter ihre Langzeit-Energiespeichersysteme weiterhin in verschiedenen Szenarien testen, werden wir wahrscheinlich erleben, dass die Technologien, die nicht mithalten können, teilweise „aussortiert“ werden. (Lesen Sie diesen Blogbeitrag meines Kollegen Guillermo Pereira, um zu verstehen, wie wichtig Pilotprojekte sein können.)

Ein Vorteil eines Stromnetzes mit verschiedenen Langzeitspeicheroptionen für Energie besteht darin, dass es eine vielfältigere Lieferkette ermöglicht und möglicherweise einige Versorgungsengpässe verringert, die bei der Beschaffung nur für eine bestimmte Chemie entstehen.

Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit ein heißes Gesprächsthema, da die Nachfrage nach den Materialien, aus denen sie bestehen, wie Lithium, Nickel und manchmal auch Kobalt, enorm ist. Diese wachsende Nachfrage und die Tatsache, dass diese Materialien endlich sind, führen zu einem immer knapper werdenden Angebotsmarkt. Vor diesem Hintergrund sollte bei der Weiterentwicklung der Langzeit-Energiespeicherung darüber nachgedacht werden, welche anderen Optionen es gibt, die reichlich vorhandene Materialien verbrauchen und zu einer nachhaltigen Lieferkette führen. Es ist wichtig, die Landschaft der verfügbaren Technologien zu erkunden, um die Anforderungen des Netzes bestmöglich zu erfüllen und den Übergang zu erneuerbaren Energien zu vollziehen.

Ein kurzer Überblick über die Energiespeicherung anhand einiger Daten von NREL zeigt uns, dass 12-Stunden-Pumpwasserspeicher den US-amerikanischen Speichermarkt seit langem dominieren. Im Laufe der Zeit sind immer mehr Batterien unterschiedlicher Größe online gegangen. Da der Speicherbedarf steigt, werden Optionen mit längerer Laufzeit eingesetzt. Bis 2050 rechnet NREL mit dem Einsatz von rund 9,5 Gigawatt 10-Stunden-Batteriespeichern. Das reicht aus, um über 7 Millionen Haushalte, nun ja, 10 Stunden lang mit Strom zu versorgen!

Diese Art der Energiespeicherung scheint eine ideale Lösung für viele unserer Netzanforderungen zu sein. Da erneuerbare Energien wie Sonne und Wind nachts oder wenn der Wind nicht weht, nicht immer verfügbar sind, werden erneuerbare Energien oft dafür kritisiert, wie gut sie genutzt werden können (oder nicht), d. h. ob sie eingeschaltet werden können und aus, um bei Bedarf Strom zu liefern. Mit der Energiespeicherung kann die aus erneuerbaren Ressourcen gewonnene Energie gespeichert und bei Bedarf genutzt werden. Aber im Moment ist die langfristige Energiespeicherung noch nicht das Allheilmittel, das wir uns gewünscht hätten.

Wie wir oben gesehen haben, befinden sich viele vielversprechende Langzeit-Energiespeichertechnologien noch in der Entwicklung und Reife und sind noch nicht kommerziell verfügbar. Dies bedeutet in der Regel, dass sie vorerst teuer sind und es ihnen möglicherweise an Vertrauen von Investoren, Entwicklern oder Versorgungsunternehmen in realen Szenarien mangelt. Aufsichtsbehörden wie staatliche Kommunen für öffentliche Versorgungsunternehmen zögern möglicherweise, Projekte zu genehmigen, die mit hohen Kosten verbunden sind und deren Technologien ebenso wie einige andere Alternativen noch in der Praxis getestet werden müssen.

Darüber hinaus ist die Energiespeicherung keine Ressource, die für Energieunternehmen wie Versorgungsunternehmen, regionale Übertragungsorganisationen (RTOs) oder die Energiewirtschaft im Allgemeinen sehr genau definiert ist. Energiespeicherung wird nicht gleich behandelt wie Solar- oder Windenergie, und ohne standardisierte Definitionen und Verständnis ihres Wertes kann es schwierig sein, genau herauszufinden, wie man sie nutzt.

Langfristige Energiespeicherung ist nicht nur ein glänzendes und spannendes Diskussionsthema. Es handelt sich um eine Ressource, die dazu beitragen kann, unserem Planeten sehr große Mengen zuverlässiger und belastbarer sauberer Energie zuzuführen. Es kann mit erneuerbarer Energie zusammenarbeiten, um Strom dann zu liefern, wenn wir ihn am meisten brauchen, und ihn zu sparen, wenn wir viel Sonne und Wind haben. Da der Energiebedarf in allen Sektoren unserer Wirtschaft wächst, ist es von entscheidender Bedeutung, dass wir die Schlüsselrolle verstehen, die langfristige Energiespeicherung dabei spielen kann, die Abhängigkeit der Energieindustrie von fossilen Brennstoffen zu verringern und unsere Bedürfnisse mit Lösungen zu erfüllen, die besser für unsere Gemeinschaften und unseren Planeten sind.

Veröffentlicht in:Energie

Stichworte:Batterie, saubere Energie, Energiespeicherung, flexibles Netz, Langzeitenergiespeicherung, NREL, Stromnetz, erneuerbare Energiespeicherung, Resilienz, Speicherung

Über den Autor

Maria Chavez ist Energieanalystin für das Klima- und Energieprogramm der Union of Concerned Scientists. Maria schreibt über erneuerbare Energietechnologien und die Bedeutung einer gerechten Energiewende.

Rachel Cleetus Politikdirektorin

Analytischer Leiter der John Rogers Energy Campaign

Julie McNamara Senior Energy Analyst