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Auf der Suche nach dem günstigsten Energiespeicher

Windkraftanlage
Wie lässt sich aus Wind- und Sonnenenergie gewonnener Strom am besten speichern? (Bild: MR1805/ istock)

Die Energiewende wird nur dann funktionieren, wenn aus Sonne und Wind gewonnener Strom auch gespeichert werden kann. Doch welche der vielen derzeit erforschten und erprobten Technologien eignet sich zu diesem Zweck am besten? Zumindest aus ökonomischer Sicht könnten dies in naher Zukunft Lithium-Ionen-Batterien sein. Sie werden die Pumpspeicher als kostengünstigste Speichermethode bereits ab 2030 ablösen, prognostiziert ein Modell.

Erneuerbare Energien sollen künftig die tragende Säule der Stromerzeugung sein. Doch Sonne, Wind und Co haben einen entscheidenden Nachteil: Ihre Verfügbarkeit ist nicht nach Belieben steuerbar. Der Wind weht, wann er will und auch die Sonne scheint mal mehr, mal weniger stark. Dies führt dazu, dass diese Energien an manchen Tagen wenig oder gar keinen Strom ins Netz liefern, an anderen aber eine Überproduktion verursachen. Diese Schwankungen lassen sich nur durch Speicher überbrücken, die überschüssigen Strom aufnehmen und bei Bedarf ins Netz einspeisen. Potenzielle Technologien für solche Zwecke werden derzeit intensiv erforscht und weiterentwickelt – von Pumpspeicherkraftwerken über Lithium-Batterien bis hin zu sogenannten Schwungradspeichern. Welche dieser Methoden aber ist aus ökonomischer Sicht in naher Zukunft am vielversprechendsten?

Batterien überholen Pumpspeicher

Diese Frage haben sich nun Wissenschaftler um Oliver Schmidt vom Imperial College London gestellt. Für ihre Studie kalkulierten sie, was die Energiespeicherung mit neun unterschiedlichen Technologien kostet und wie sich diese Kosten künftig entwickeln werden. Dabei betrachteten sie den Zeitraum zwischen 2015 und 2050 und berücksichtigen sowohl Investitions- und Betriebskosten als auch die Effizienz der jeweiligen Methode. „Unser Modell ist das erste, dass sich die Gesamt-Speicherkosten anschaut und damit Vorhersagen darüber erlaubt, welche Technologie zu einem bestimmten Zeitpunkt die wettbewerbsfähigste sein wird“, sagt Schmidt.

Die Simulationen auf Basis von Daten aus mehr als 30 Studien zeigen: Gegenwärtig sind Pumpspeicherkraftwerke noch die kostengünstigste Option zum Speichern von Strom. Dabei wird Wasser mithilfe von überschüssigem Strom von einem niedrig gelegenen Speicherbecken in ein höher gelegenes gepumpt. Zur Rückgewinnung der Energie wird dieses Wasser später über Turbinen abgelassen, die so wieder elektrische Energie erzeugen. Schon in wenigen Jahren werden Lithium-Ionen-Batterien die Pumpspeicher jedoch als günstigste Option ablösen. „Unsere Projektionen zeigen, dass die Kosten der Lithium-Ionen-Technologie im Laufe der kommenden Jahre drastisch sinken werden“, berichtet Schmidt.

Ökonomisch beste Lösung ab 2030

Dies liege vor allem an den steigenden Produktionszahlen: „Lithium-Ionen-Batterien waren einst ein Nischenprodukt. Doch inzwischen werden sie in einem solchen Umfang hergestellt, dass ihre Kosten deutlich schneller sinken als bei jeder anderen konkurrierenden Technologie“, erklärt Co-Autor Iain Stafell. Dieser Effekt ist den Wissenschaftlern zufolge so signifikant, dass er selbst durch potenzielle Leistungsvorteile der anderen Methoden nicht getoppt werden kann. Sie kommen zu dem Ergebnis: Bereits ab 2030 könnten diese Batterien die ökonomisch beste Lösung zur Energiespeicherung sein.

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Zwar könnten in wenigen Einzelfällen künftig andere Technologien die bessere Wahl sein, wie die Forscher berichten. Muss die gespeicherte Energie beispielsweise sehr häufig oder über ungewöhnlich lange Zeiträume wieder ins Netz entlassen werden, haben im Modell Methoden wie Pumpspeicher oder Schwungräder die Nase vorn. Für die meisten Situationen aber ist die Lithium-Ionen-Technologie die kostengünstigste Methode. „Dies bedeutet aber nicht, dass andere Technologien komplett abgeschrieben werden sollten“, betont Schmidt. So könnten neue Materialien oder Fortschritte den Markt in Zukunft auch auf unvorhersehbare Weise beeinflussen.

Quelle: Oliver Schmidt (Imperial College London) et al., Joule, doi: 10.1016/j.joule.2018.12.008

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