Energiespeicher – Akku, Pumpspeicher, Wasserstoff
Strom aus Sonne und Wind gibt es nicht immer dann, wenn er gebraucht wird. Speicher nehmen Energie auf, wenn zu viel da ist, und geben sie später wieder ab. Physikalisch heißt das: Die Energie wird in eine andere Form umgewandelt, die sich aufbewahren lässt.
Speicherarten
| Speicher | Energieform | Wirkungsgrad etwa | Einsatz |
|---|---|---|---|
| Akku (Lithium-Ionen) | chemische Energie | 90 % | Handy, E-Auto, Heimspeicher, Großbatterien für Stunden |
| Pumpspeicherkraftwerk | Lageenergie von Wasser | 75–80 % | Ausgleich über Stunden bis Tage |
| Wasserstoff (Elektrolyse, später Brennstoffzelle oder Gaskraftwerk) | chemische Energie | 30–40 % | Langzeitspeicher über Wochen, Industrie |
| Druckluftspeicher | Spannenergie komprimierter Luft | 40–70 % | wenige Anlagen weltweit |
| Schwungrad | Rotationsenergie | 85–95 % | Sekunden bis Minuten, Netzstabilität |
| Wärmespeicher | thermische Energie | hoch, wenn Wärme gebraucht wird | Warmwasserspeicher, Fernwärme |
Das Pumpspeicherkraftwerk
Ist zu viel Strom im Netz, pumpen elektrische Pumpen Wasser aus einem unteren in ein oberes Becken. Wird Strom gebraucht, fließt es zurück und treibt Turbinen mit Generatoren an. Die gespeicherte Energie ist die Lageenergie:
E = m · g · h
Beispiel: Ein großes Oberbecken
1 Million m³ Wasser (m = 10⁹ kg) liegen 300 m über dem Unterbecken:
E = 10⁹ kg · 9,81 N/kg · 300 m ≈ 2,9 · 10¹² J ≈ 0,82 Millionen kWh. Bei 75 % Wirkungsgrad kommen davon rund 0,6 Millionen kWh zurück – genug, um eine Großstadt einige Stunden zu versorgen.
Pumpspeicher brauchen Berge und viel Platz. In Deutschland gibt es nur wenige geeignete Orte.
Energiedichte – wie viel passt hinein?
Die Energiedichte gibt an, wie viel Energie pro Kilogramm gespeichert ist. Hier zeigt sich, warum Akkus schwer sind und warum Benzin so praktisch (aber klimaschädlich) ist:
| Speicher | Energie pro kg etwa |
|---|---|
| 1 kg Wasser, 100 m hoch gepumpt | 0,27 Wh |
| Bleiakku (Auto-Starterbatterie) | 35 Wh |
| Lithium-Ionen-Akku | 150–250 Wh |
| Holz | 4 000 Wh |
| Benzin, Diesel | 12 000 Wh |
| Wasserstoff | 33 000 Wh |
Wasserstoff hat zwar pro Kilogramm sehr viel Energie, ist aber ein extrem leichtes Gas: Man muss ihn stark zusammendrücken oder auf −253 °C kühlen, um ihn platzsparend zu lagern.
Wasserstoff – der Langzeitspeicher
- Elektrolyse: Strom zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff: 2 H₂O → 2 H₂ + O₂.
- Speichern: Der Wasserstoff kommt in Drucktanks oder unterirdische Kavernen.
- Zurückverwandeln: In einer Brennstoffzelle oder einem Gaskraftwerk reagiert er wieder zu Wasser – dabei wird Strom gewonnen.
Bei jedem Schritt geht Energie als Wärme verloren. Deshalb nutzt man Wasserstoff vor allem dort, wo Akkus nicht passen: für die Stahlindustrie, als Langzeitspeicher für windarme Winterwochen und vielleicht für Schiffe und Flugzeuge.
Typischer Fehler
„Ein Speicher erzeugt Energie.“ Nein – er gibt höchstens so viel Energie zurück, wie man hineingesteckt hat, in der Praxis immer weniger. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel übrig bleibt.
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