Zwei Wochen lang ganz Deutschland mit Strom aus nur einem Speicher versorgen: Das klingt wie aus einem Roman von Jules Vernes. Ist es aber nicht. Mit einem Hochtemperaturspeicher ist das möglich. Zugegeben: Es ist nur eine Theorie. Denn um diese Version tatsächlich Wirklichkeit werden zu lassen wäre ein gigantischer 600-Meter-Speicherblock notwendig, neben dem das Empire State Building winzig wirken würde. In einem wesentlich kleineren und damit auch machbaren Maßstab, bietet er sich jedoch als stationärer Speicher überall dort an, wo neben Strom auch Wärme benötigt wird.
Gespeichert wird die Energie in Keramikblöcken, die mit Strom aus erneuerbaren Energien auf bis zu 1200 Grad aufgeheizt werden. Je heißer, desto effizienter die Rückverstromung. Benötigt man die Energie wieder, wird die Wärme über eine Gasturbine verstromt: Ein Prozess, bei dem Wärme freigesetzt wird. Erneut genutzt, kommt das Gesamtsystem auf einen Wirkungsgrad von 80 Prozent. Das klingt allerdings besser, als es tatsächlich ist. „Der Wirkungsgrad der reinen Verstromung liegt zurzeit nur bei 20 Prozent“, erklärt Stefan Lechner vom Zentrum für Energietechnik und Energiemanagement an der TH Mittelhessen. Grund dafür ist die Gasturbine, die es für diesen Prozess nicht am Markt gibt und erst noch entwickelt werden muss. Zukünftig seien hier bis zu 50 Prozent elektrisch machbar, so Lechner.
Baustein für eine energieeffiziente Stadt
In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 1,58 Millionen Euro geförderten Projekt will Lechner den Wirkungsgrad verbessern und das gesamte System kostengünstiger machen. Dafür müssen noch Fragen der optimalen Geometrie des Speichers und der Integration der Heizelemente in den Speicherblock geklärt werden. Außerdem sollen Bauteile wie Turbinenlaufräder oder auch die Keramikkomponenten mit Verfahren der Lasertechnik gefertigt werden, um die Gesamteffizienz der Anlage zu verbessern.
Lechner will erstmal klein anfangen. Auf dem Gelände der Stadtwerke Gießen baut er im Moment eine Demonstrationsanlage mit einer Speicherkapazität von 1750 Kilowattstunden (kWh) mit einer Leistung von 400 Kilowatt auf. „Großanlagen mit deutlich höherer Kapazität von bis zu 100 Megawattstunden, die über 10.000 Haushalte einen Tag lang mit Strom versorgen können, sind aber möglich“, erklärt der Ingenieur. Ziel für ihn ist, die heute bereits erreichten Kosten für den reinen Speicher von unter 100 Euro pro kWh weiter zu senken.
Für Lechner sind Hochtemperatur-Speichersysteme ein wichtiger Baustein für eine energieeffiziente Stadt. „Durch die unkomplizierte Einspeicherung erneuerbarer Energien in Zeiten hoher Produktion und eine zeitversetzte Rückgewinnung von Strom und Wärme können ganze städtische Quartiere versorgt werden. Das System liefert Energie für Haushalte, Gewerbe und auch Elektrofahrzeuge.“ Im Vergleich zu anderen Technologien sei die Kapazität der Hochtemperaturspeicher zudem kostengünstig skalierbar. Lange haltbar ist der Speicher auch, 50 Jahren oder länger sind realistisch.
Einsatz ist noch einige Jahre entfernt
„Hochtemperaturspeicher haben ein sehr hohes Potenzial“, ist der Professor überzeugt. Bisher gibt es bei großtechnischen Energiespeichern eine Lücke. Für ihn ist dieses Verfahren eine der wesentlichen Schlüsseltechnologien, um sektorenkoppelnd die Energiewende voranzutreiben. Bis aus der Demoanlage ein Prototyp wird, werden allerdings noch vier bis fünf Jahre vergehen. Und das sei noch nicht das Ende der Evolution, so Lechner. Für die Entwicklung zu einem Speicher im Multi-Megawatt-Bereich werden nochmal etwa zehn Jahren benötigt.
Ein ganz ähnliches Verfahren wird zurzeit von Siemens Gamesa erprobt. Das Unternehmen nutzt statt Keramik allerdings Steine, die zu einem riesigen Haufen aufgestapelt werden. Auf dem Industriegelände der Aluminiumhütte Trimet werden 1000 Tonnen Steine zu einem XXL-Speicher aufgeschichtet, die auf einer Fläche zwischen 200 und 300 Quadratmetern lagern.
Das Prinzip funktioniert ähnlich wie ein Heißluftfön. Überschüssige Windenergie wird in Wärme umgewandelt, die in die Steinschüttung geleitet wird. Ein Gebläse erhitzt die Vulkansteine auf Temperaturen von über 600 Grad Celsius. Wird der Strom gebraucht, leitet das Gebläse einen Luftstrom über die Steine. Mit der aufgeheizten Luft wird Wasser verdampft, der eine Turbine antreibt. Somit entsteht erneut Strom.