«Das Stromnetz wandelt sich - Volatile Stromerzeugung und Elektrofahrzeuge werden immer bedeutender»

Megatrends ändern unsere Verwendung von Strom

Dr. Daniel Chartouni, Leiter der Abteilung «Energy and Materials» am ABB Konzernforschungszentrum in Baden-Dättwil, betont, dass die volatile Stromerzeugung aufgrund des vermehrten Einsatzes von erneuerbarer Energie zukünftig einen hohen Stellenwert haben wird. Die volatile Erzeugung erschwert die Einspeisung des Stroms ins Stromnetz, denn dieser wird nicht immer gebraucht, steht nicht konstant zu Verfügung was teilweise zu  Engpässen führen kann. Eine zusätzliche Veränderung betrifft das Aufkommen der Elektrofahrzeuge: Die Elektrofahrzeuge prägen, wie wir Strom verwenden und auch wie dieser auf den Fahrzeugen gespeichert wird.  Dr. Daniel Chartouni ist der Meinung, dass wir den Chancen und Änderungen, die die neue Stromerzeugung mit sich bringt, Beachtung schenken müssen: «Für alle diese Veränderungen gibt es Lösungen, wie Energiespeicherung, Netzausbau, Netzschutzkonzepte und die Kombination von der flexiblen Erzeugung mit anderen Kraftwerken». Letztlich muss die überschüssige Energie gespeichert werden, dieses Vorgehen muss künftig geregelt und verbessert werden.

Pumpspeicherwerke und Batteriespeicherung

«Die Speicherung von Energie benötigt ein Verständnis der Technologien, der Anwendungen und Regulierungen», betont der Experte der ABB, «Erst wenn man diese drei Themen miteinander verknüpft, kann man verstehen, was in der Welt der Energiespeicherung geschieht». Heute gibt es verschiedene Möglichkeiten Energie zu speichern, diese sind mechanischer, thermodynamischer, elektrochemischer und elektromagnetischer Natur. Dr. Daniel Chartouni legt seinen Fokus auf die Verwendung der Pumpspeicherwerke und der Lithiumbatterien. Pumpspeicherwerke sind eine weltweit dominierende Technologie, da sie eine grosse Menge an Energie speichern können, eine hohe Lade- und Entladeleistung aufweisen, sich kaum selber entladen und langlebig sind. Batterien und andere Technologien kommen bei der Speicherung ebenfalls zum Tragen. Die Lithiumionenbatterie ist das Medium der Speicherung, das sich zurzeit am stärksten im Wandel befindet. Hier wird am meisten investiert. «In den nächsten zehn Jahren, so Dr. Daniel Chartouni, wird sie den Markt dominieren.». Der Grund für die zunehmende Verwendung von Lithium ist der sinkende Preis. Dieser fällt aufgrund des Bedarfs für Elektrofahrzeuge. Die Batterie-Produktion wird ausgebaut, die Materialentwicklung gefördert und die Zusammensetzung verändert. Weltweit werden immer mehr Batterie-Speicher gebaut, viele davon sind Lithiumbatterien-Speicher.

Anwendung – «Super Capacitors» und Batterien

Im Transportbereich - Strasse, Schiene und Wasser – existieren verschiedene Speicherkonzepte. So werden bei Metros und anderen Verkehrsmitteln des Schienenverkehrs Kondensatoren eingesetzt, die die Bremsenergie speichern. Der Speicher befindet sich hierbei oft nicht im Transportmittel, sondern ist stationär installiert und wird angezapft, wenn die U-Bahn diese Energie benötigt. Bei kurzzeitigen hohen Leistungen beim Schienenverkehr kommen «Super Capacitors» zu tragen und für andere Technologien werden Batterien verwendet.  «Heute befinden sich», so Dr. Daniel Chartouni «die Energiespeicher im Wandel. Dieselbusse werden zum Teil zu batteriebetriebenen Bussen umgerüstet, deren Batterien schnell geladen und entladen werden können». Bei Schiffen und Booten, die normalerweise mit Diesel betrieben werden, gibt es ebenfalls Beispiele für eine Umrüstung zu elektrischer Antriebsenergie. Diese Transportmittel funktionieren meist mit mobilen Anwendungen. Stationäre Anwendungen dienen zur Ergänzung von bereits vorhandener Energieanlagen. Eigenheime nutzen vermehrt Photovoltaikanlagen, die überschüssige Energie wird hier wieder in das Stromnetz eingespeist oder in Batterien gespeichert. Auch Grossanlagen nutzen die Sonnenenergie, welche die überschüssige Energie in einem stationären Speicher auffangen. Eine Anlage auf Hawaii kombiniert die Photovoltaikanlage ebenfalls mit einer Lithiumionenbatterie. Solche Grossanlagen können in Zukunft immer prominenter werden, wenn wir einen Weg finden, die Kosten zu senken.

Was erwartet uns in Zukunft?

Prof. Dr. Thomas J. Schmidt, ETH-Professor für Elektrochemie und Direktor des Schweizer Kompetenzzentrums für Wärme und Stromspeicherung am Paul-Scherrer-Institut (PSI), betont, dass in Zukunft im stationären Bereich auch in Natriumionenbatterien investiert wird. Natrium ist leichter zu fördern als Lithium und kostengünstiger. «In den nächsten zehn Jahren werden wir vermehrt», so Prof. Dr. Thomas J. Schmidt, «Natriumionenbatterien auf dem Markt sehen, momentan wird geforscht und es werden kleinere Prototypen entwickelt». Das Zusammenspiel der verschiedenen Systeme, so Dr. Daniel Chartouni, wird sich in den nächsten Jahren ändern. Die Zahl der Lithiumionenbatterien wird zunehmen, doch auch die Natriumionen- und Natriumschwefelbatterien besitzen Potential, denn diese können einen grossen Bedarf an Speicherkapazität abdecken. Ausserdem findet sich dort im Prinzip kein Materiallimit. «Das Potential dieser Batterien werden wir», so der Experte, «erst in weiter Zukunft ausschöpfen können». In den nächsten Jahren dominieren die Lithiumionenbatterien den Markt.