Energiewende
Stromspeicher: Akkus fürs Netz noch unbrauchbar
Erneuerbare Energien machen zunehmend Speicherlösungen für das Stromnetz nötig, doch heutige Akkus sind dafür denkbar ungeeignet. Das hat eine Studie von Forschern der Stanford University ergeben. Denn Batterien können im Laufe ihres Lebens lediglich das Zwei- bis Zehnfache der Energie speichern, die für ihre Herstellung aufgewandt wurde - sie sind also eine ökologisch wenig sinnvolle Speicherlösung für die Netzversorgung. Klassische Pump-Speicherkraftwerke dagegen schneiden sehr gut ab und werden nur von Druckluft noch übertroffen.
02.04.2013
Foto: Marion Lenzen
Damit Akkus wirklich als Stromspeicher für die Netzversorgung herhalten können, müsste es dem Stanford-Team zufolge einen neuen Forschungs-Schwerpunkt geben. "Akku-Forschung befasst sich heute großteils mit der Speicher- und Leistungskapazität. Das ist wichtig für Elektroautos und portable Elektronik, aber nicht für Energiespeicher im Stromnetz", erklärt Sally Benson, Leiterin des Global Climate and Energy Project (GCEP) in Stanford. Für Netzspeicher wäre vor allem wichtig, die Zahl der Ladezyklen, die sie durchhalten, zu steigern.
Wind- oder Solarenergie steht witterungsbedingt nicht immer zur Verfügung. Wenn solche Quellen eine größere Rolle in der Stromversorgung spielen sollen, sind daher Speicherlösungen nötig - beispielsweise, damit tagsüber gewonnener Solarstrom abendliche Bedarfsspitzen abdecken kann. Doch damit eine Speicherlösung ökologisch wirklich etwas bringt, muss sie mit der Zeit deutlich mehr Energie speichern können, als die Herstellung kostet. Daher hat das Stanford-Team eine Kennzahl genannt ESOI (Energy Stored On Investment) eingeführt, die Speicherleistung über die Lebensdauer durch Energieaufwand zur Herstellung dividiert.
Das zeigt, dass Akkus für die Netzversorgung uninteressant sind. Klassische Bleiakkus erreichen einen ESOI von gerade einmal zwei - speichern also im Laufe der Zeit nur doppelt so viel Energie, wie allein ihre Herstellung frisst. Selbst Lithium-Ionen-Akkus als beste Batterieform kommen nur auf einen Wert von zehn. Pumpspeicherkraftwerke, wie sie im deutschen Sprachraum gängig sind, erreichen dagegen einen ESOI von 210 - sind also über 20 Mal energetisch effizienter als Akkus. Nochmals etwa ein Siebentel besser ist der in Energy & Environmental Science online veröffentlichten Studie zufolge das Speichern von Energie in Form von Druckluft.
Zyklen-Problem
Der Knackpunkt ist für das dem Stanford-Team die Zahl der möglichen Speicherzyklen. "Pumpspeicherkraft kann es auf über 25.000 Zyklen bringen", sagt GCEP-Mitarbeiter Charles Barnhart. Damit kann ein Speicherkraftwerk über 30 Jahre lang arbeiten. Das wäre ein Traum für Batterietechnologien, von dem sie in der Praxis weit entfernt sind. Ein Bleiakku kommt der Stanford University zufolge auf nur 700 Zyklen, selbst Lithium-Ionen-Akkus schaffen demnach etwa 6.000. "Unseren ESOI-Berechnungen zufolge sollte sich Akku-Forschung für den Netzbereich darauf konzentrieren, den Lebenszyklus um einen Faktor drei bis zehn zu steigern", sagt Benson.
Neben den Energiekosten für Speichertechnologien haben die Forscher auch die Materialkosten betrachtet. Hier gäbe es keine so großen Hindernisse für Akkus, während es immer weniger geeignete Standorte für Pumpspeicherkraftwerke gäbe, bei denen auch noch Umweltbedenken dazu kommen. Am besten hat auch in diesem Bereich die Druckluft-Speicherung abgeschnitten - eine Technologie, die in der Praxis noch nicht recht in die Gänge kommt. Deutschland war zwar schon 1978 mit dem Kraftwerk Huntorf Vorreiter - doch seither wurden nur zwei weitere Druckluft-Speicherkraftwerke in den USA in Betrieb genommen.
Wind- oder Solarenergie steht witterungsbedingt nicht immer zur Verfügung. Wenn solche Quellen eine größere Rolle in der Stromversorgung spielen sollen, sind daher Speicherlösungen nötig - beispielsweise, damit tagsüber gewonnener Solarstrom abendliche Bedarfsspitzen abdecken kann. Doch damit eine Speicherlösung ökologisch wirklich etwas bringt, muss sie mit der Zeit deutlich mehr Energie speichern können, als die Herstellung kostet. Daher hat das Stanford-Team eine Kennzahl genannt ESOI (Energy Stored On Investment) eingeführt, die Speicherleistung über die Lebensdauer durch Energieaufwand zur Herstellung dividiert.
Das zeigt, dass Akkus für die Netzversorgung uninteressant sind. Klassische Bleiakkus erreichen einen ESOI von gerade einmal zwei - speichern also im Laufe der Zeit nur doppelt so viel Energie, wie allein ihre Herstellung frisst. Selbst Lithium-Ionen-Akkus als beste Batterieform kommen nur auf einen Wert von zehn. Pumpspeicherkraftwerke, wie sie im deutschen Sprachraum gängig sind, erreichen dagegen einen ESOI von 210 - sind also über 20 Mal energetisch effizienter als Akkus. Nochmals etwa ein Siebentel besser ist der in Energy & Environmental Science online veröffentlichten Studie zufolge das Speichern von Energie in Form von Druckluft.
Zyklen-Problem
Der Knackpunkt ist für das dem Stanford-Team die Zahl der möglichen Speicherzyklen. "Pumpspeicherkraft kann es auf über 25.000 Zyklen bringen", sagt GCEP-Mitarbeiter Charles Barnhart. Damit kann ein Speicherkraftwerk über 30 Jahre lang arbeiten. Das wäre ein Traum für Batterietechnologien, von dem sie in der Praxis weit entfernt sind. Ein Bleiakku kommt der Stanford University zufolge auf nur 700 Zyklen, selbst Lithium-Ionen-Akkus schaffen demnach etwa 6.000. "Unseren ESOI-Berechnungen zufolge sollte sich Akku-Forschung für den Netzbereich darauf konzentrieren, den Lebenszyklus um einen Faktor drei bis zehn zu steigern", sagt Benson.
Neben den Energiekosten für Speichertechnologien haben die Forscher auch die Materialkosten betrachtet. Hier gäbe es keine so großen Hindernisse für Akkus, während es immer weniger geeignete Standorte für Pumpspeicherkraftwerke gäbe, bei denen auch noch Umweltbedenken dazu kommen. Am besten hat auch in diesem Bereich die Druckluft-Speicherung abgeschnitten - eine Technologie, die in der Praxis noch nicht recht in die Gänge kommt. Deutschland war zwar schon 1978 mit dem Kraftwerk Huntorf Vorreiter - doch seither wurden nur zwei weitere Druckluft-Speicherkraftwerke in den USA in Betrieb genommen.
Quelle: UD / pte
