Die Bundesregierung Deutschlands hat den Atomausstieg beschlossen und steht nun vor neuen Herausforderungen, was die Energieversorgung und -wirtschaft anbelangt. Wind- und Sonnenenergie sind in aller Munde. Energie kann man auf diverse Weise für eine spätere Nutzung speichern. Elektrische Energiespeicher sind supraleitende magnetische Spulen sowie Kondensatoren.
Das Problem bei der Gewinnung von Energie aus Wind und Sonne ist die Unregelmäßigkeit und die nicht präzise Möglichkeit der Vorausberechnung, wie viel Energie entstehen wird. Stromspeicher machen den Verbrauchszeitpunkt von der Stromerzeugung unabhängig. Der Nutzen besteht also im Entzerren von Produktion und Konsumation. Zeiten mit niedriger Stromerzeugung und großem Bedarf können mit der Entnahme von Energie aus Energiespeichern überbrückt werden. Bei schwacher Nachfrage wird Strom in Speicher zwischengelagert, anstatt die Energie ungenutzt in der Umwelt zu lassen.
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Energiespeicher haben eine Kostenersparnis zur Folge, weil sie existierende Energie zu späterem Gebrauch speichern können. Bis vor einiger Zeit wurde Energie, die überschüssig war, als Abwärme entlassen – in die Umwelt. Umwelt und Ressourcen erfahren durch elektrische Energiespeicher eine Schonung. Die Kosten für Energiespeicher im Bereich der Haustechnik sind leistbar. Kleine Anlagen sind oft gegen 1.000 Euro erhältlich. Die Investitionen, die in Speicheranlagen getätigt werden, amortisieren sich im Laufe der Zeit.
Konkrete Formen elektrischer Energiespeicher
Elektrische Energiespeicher gibt es als magnetische Engergiespeicher auf Grundlage der Supraleitung, als Hochtemperatur-Wärmespeicher und Doppelschichtkondensatoren. Bei SMES (Supraleitenden magnetischen Energiespeichern) wird mithilfe von supraleitenden Spulen Energie gespeichert. Die der Energie ist schnell abrufbar und daher erfolgt der Einsatz für das Kompensieren schneller Lastschwankungen in Stromnetzen oder als Pulsgenerator (und zwar für kurze, aber intensive Pulse). Bei den SMES wird Energie in einem Magnetfeld gespeichert, das mithilfe von Gleichstrom in supraleitenden Spulen erzeugt wird. Die Spulen werden mittels sogenannter Kyrotechnik auf Sprungtemperatur des Supraleiters gekühlt. SMES bestehen aus supraleitenden Spulen, Kühlungen und Energieaufbereitungssystemen. Ist die Spule geladen, nimmt der Strom keinesfalls ab und die Magnetenergie kann über lange Zeit gespeichert werden. Der Energieaufwand für das Kühlen ist allerdings relativ hoch, was sich in den Kosten für diesen elektrischen Energiespeicher niederschlägt.
Hochtemperaturwärmespeicher werden für Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke entwickelt und eingesetzt. Das Einbauen eines solchen Speichersystems in den Prozess eines Kraftwerks gewährt das zeitliche Entkoppeln von Strom- bzw. Wärmebereitstellung. Das Verfahren ermöglicht es, dass die über den Bedarf hinaus erzeugte Wärme im Speicher tags belassen werden kann und nachts bei abgeschalteten Gasturbinen verfügbar gemacht werden kann. Wirtschaftlich interessante Wärmespeicher im Bereich von Temperaturen zwischen 120 und 1.000 Grad Celsius machen die Optimierung des Managements von Energie möglich und erhöhen die Energieeffizienz in breiten Anwendungsspektren – Hochtemperaturwärmespeicher sind in solarthermische Kraftwerke integrierbar und verbessern Wirtschaftlichkeit wie die Sicherheit der Versorgung.
Doppelschichtkondensatoren sind wie Pseudokondensatoren und Hybridkondensatoren Teil einer Art von Kondensatoren, die als Superkondensatoren bezeichnet werden. Sie haben eine große Energiedichte und ihre große Kapazität, in Relation zum Bauvolumen, hat ihre Grundlage auf den physikalischen Phänomen elektrisch isolierender, dünner Helmholtz-Doppelschichten als Oberflächen großflächiger Elektrodenmaterialien. In ihnen wird Energie gespeichert. Die hohe Kapazität der Doppelschichtkondensatoren basiert teilweise auch auf der Pseudokapazität – diese ist eine in engen Limitierungen, von Spannung abhängige elektrochemische oder faradaysche Speicherung von elektrischer Energie, die mit einer Redoxreaktion verbunden ist. Bei Doppelschichtkondensatoren wird elektrische Energie in Helmholtz-Schichten ihrer Elektroden gespeichert.
