Ein Stromspeicher ist ein Gerät oder System, welches elektrische Energie aufnehmen und wieder abgeben kann. Der Begriff „Speicher für elektrische Energie“ ist präziser, wird aber im folgenden nicht verwendet.
Verfügbare Stromspeicher
Hier werden verschiedene in der Praxis eingesetzte Systeme aufgeführt, die mit elektrischer Energie geladen werden und bei der Entladung elektrische Energie abgeben. Die Systeme sind nach ihrer heute installierten Speicherkapazität geordnet:
- Pumpwasserspeicher
- Wiederaufladbare Batterien, z.B. Lithium-Ionen-, Blei- und Nickelmetallhydrid-Batterien.
- Kondensatoren, Superkondensatoren
- Spulen, Supraleitende Spulen->
Experimentelle Stromspeicher
Eine Speicherung elektrischer Energie in großem Maßstab kann zum Lastausgleich in regionalen und nationalen Stromnetzen dienen. Damit können Unterschiede zwischen dem Angebot von Wind- und Solarstrom und der Stromnachfrage ausgeglichen werden. Solche Systeme sind neben leistungsfähigeren Stromnetzen essentiell notwendig, um den Anteil der erneuerbaren Energien Wind und Solarstrom wesentlich über das heutige Maß von ca. 7 Prozent (Anteil am Primärenergiebedarf der Stromerzeugung, Deutschland, 2009, Daten nach AGEB e.V.) zu steigern.
Experimentelle Stromspeicher sind die folgenden:
- Redox-Flow-Batterien
- Speichersysteme mit Elektrolyse-Zelle + Wasserstoff-Speicher + Brennstoffzelle
- Die Kette Solarstrom zu Wasserstoff -> Wasserstoff mit Luft-CO2 zu Methan -> Methan in GuD-Kraftwerken zu Strom
Bedeutung von Stromspeichern
- In elektronischen Schaltungen zur kurzzeitigen Bereitstellung kleiner elektrischer Energiemengen (Bsp.: Verstärkerschaltungen für HiFi, Computerchips)
- In mobilen Geräten / Systemen zur Bereitstellung mittelgroßer elektrischer Energiemengen (Bsp.: Handy, Notebook, Elektrofahrzeug)
- In heutigen Stromnetzen als Regelkapazitäten für kurzfristige Versorgung von Spitzenlasten (Pumpspeicherwerke)
- In zukünftigen Stromnetzen zum Zwischenspeichern von Solar- und Windstrom
(z.B. große Pumpspeicherwerke, kosteneffektive hochkapazitive Batteriesysteme (nicht verfügbar))
Design-Parameter von Stromspeichern
Es werden die Parameter angegeben, die für die elektischern Eigenschaften von Stromspeichern bedeutsam sind. In Klammern sind Beispiele für eine typische Autobatterie (für kleine Pkw, hochwertige Ausführung) angegeben:
- Kapazität – die speicherbare Energiemenge
(Bsp.: Autobatterie: Kapazität 0.5 Kilowattstunden (oder 40 Ah bei 12 V) - Maximalleistung – die maximal abrufbare Leistung
(Bsp.: Autobatterie aus obigem Bsp., 150 Ampere maximaler Strom – 1.8 Kilowatt Maximalleistung) - Spannung – die über eine weite Entladungsdauer vorhandene elektrische Spannung
(Bsp.: Autobatterie: 12 Volt) - Energiedichte – gravimetrisch, auf die Masse bezogen
(Bsp.: Autobatterie, 0.5 Kilowattstunden Energieinhalt, 12 Kilogramm Masse – die Energiedichte ist 40 Wattstunden pro Kilogramm - Energiedichte – volumetrisch, auf das Volumen bezogen
(Bsp.: Autobatterie, 0.5 Kilowattstunden Energieinhalt, 10 Liter Volumen – die Energiedichte ist 50 Wattstunden pro Liter - Zyklenfestigkeit – in der Anzahl der Lade- und Entladevorgänge, bis die Kapazität unter einem festgelegten Wert liegt.
(Bsp.: Autobatterie, ca. 1000 Ladezyklen) - Lebensdauer – Langzeitstabilität der in einem Speicher verwendten Baumaterialien, Verbindungstechniken usw. gegen Alterung (Versprödung, Diffusion von Bestandteilen, etc.)
Weitere, nicht so leicht zu spezifizierende Eigenschaften von Stromspeichern sind:
- Energieinvestitionen für den Stromspeicher und ggf. notwendige Systemkomponenten für Herstellung, Betrieb und Recycling / Entsorgung
- Gefährlichkeit der Materialien des Stromspeichers
- Gefährlichkeit der im Herstellungsprozess eingesetzten Materialien
- Sicherheit des Stromspeichers bei extremen Betriebsbedingungen (Temperatur, mechanische Einwirkungen)
- Verfügbarkeit der zur Herstellung benötigten Materialien (lieferbare Mengen, absolut vorhandene Mengen)
Alternativen zur direkten Stromspeicherung
In vielen Fällen ist die direkte Speicherung von Strom unwirtschaftlich. Elektrische Energie kann dazu in Wärme / Kälte umgewandelt werden; die einfachen und kostengünstigen Speicher für Wärme / Kälte dienen dann zur Raumheizung, Warmwassererwärmung und der Kühlung von Lebensmitteln.
Ein klassisches Beispiel sind Nachtspeicheröfen, die in den 1960er und 1970er Jahren breit eingeführt wurden. Sie speichern das Überangebot an Strom in der Nacht als Wärme, die dann über den Tag aus dem Nachtspeicherofen abgegeben wird. Wärmespeicher für Zentralheizungen sind denkbar, die bei einem Überangebot von Windstrom während der Heizperiode aufgeladen werden und diese Wärme wieder bei Bedarf abgeben.