In den kommenden zwei Jahren könnte sich in Deutschland die Kapazität großer Batteriespeicher mit mehr als einem Megawatt Anschlussleistung von derzeit ungefähr 2,6 auf etwa 8,6 Gigawattstunden mehr als dreifachen.

Das geht aus einer Marktanalyse des Beratungsunternehmens Enervis im Auftrag des Bundesverbandes Solarwirtschaft hervor. Denn der Strommarkt gewinne zunehmend an Dynamik und die Preisdifferenz zwischen niedrigen und höheren Börsenstrompreisen wüchsen, so der Verband. Daraus ergeben sich Gewinne, die sich in Stromspeicher investieren lassen, sofern zusätzliche Förderungen unnötig werden.

Große Stromspeicher sind nötig, um die Stromschwankungen von Wind- und Solarkraftwerken auszugleichen und um auch dann Strom zu liefern, wenn Sonne und Wind keine Energie liefern. Gleichzeitig muss die Speicherung im Netzbereich aber auch spottbillig sein, um erneuerbare Energien erschwinglich zu machen.

Lithium-Ionen-Batterien, die Elektroautos und Gebrauchselektronik mit Strom versorgen, eignen sich nur bedingt. Sie sind zwar immer billiger geworden, müssen aber dennoch in der Regel alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden. Das macht sie unterm Strich beispielsweise für Industrieanlagen zu teuer, die ihrerseits oft jahrzehntelang halten.

Angesichts des Missverhältnisses zwischen der aktuellen Batterietechnik und unserem künftigen Energiespeicherbedarf arbeiten immer mehr Startups und Forscher:innen an neuen Varianten zur Energiespeicherung.

Zahlreiche spannende Konzepte konkurrieren inzwischen miteinander. Einige sind im Einsatz, viele andere zumindest über das Demonstrationsstadium hinaus, wieder andere haben das Labor noch nicht verlassen.

Pumpspeicherwerke sind zwar kostengünstig und eine effektive Art der Energiespeicherung, aber sie brauchen oberirdisch auch sehr viel Platz – und der ist rar und teuer.

Vor 18 Jahren überlegten Forscher an der TU Clausthal im Harz, dass man ja auch ausgediente Bergwerke als Pumpwasserwerke nutzen könnte. Doch das Ergebnis ihrer Recherche war wenig ermutigend: Von 100 Bergwerken bleiben nur drei übrig, die die nötigen Voraussetzungen gehabt hätten.

Zehn Jahre später ließ die Landesregierung Nordrhein-Westfalen die Gruben im Land genauer untersuchen. Auch hier schien das Unterfangen zu teuer. Wohl auch, weil die Schächte zu durchlässig für Wasser waren.

Bisher ungenutzt bleiben auch die Wasserströme in Schleusen und Schiffhebewerken in den Bundeswasserstraßen. Denn dort wird ständig Wasser hin und her gepumpt. Möglich wäre es, wie eine Überprüfung der Leuphana-Universität in Lüneburg ergab, auch hier Energie zu speichern.

Statt Wasser könne man allerdings auch Sand nehmen, so die Idee eines Teams um das Internationale Institut für Angewandte Systemanalyse (IIASA) in Laxenburg bei Wien. Mit billigem Strom könnte man Sandcontainer an die Oberfläche hieven. Wird Strom gebraucht, lässt man sie über Permanentmagnet-Motorbremsen, die den Strom erzeugen, in die Tiefe rauschen. Fällt ein mit Sand gefüllter Container mit einer Kantenlänge von vier Metern 1.000 Meter tief hinab, lassen sich 113 Megawatt Strom erzeugen.

Eine ähnliche Idee hatte das britische Unternehmen Gravitricity. Nur will es ein einziges 500-Tonnen-Gewicht in einem ausgedienten Bergwerk in die Tiefe fallen lassen. Realisiert hat es bislang allerdings nur eine kleine Version im Hafen von Edinburgh. Dort hebt ein Elektromotor mit überschüssigem Strom zwei 25-Tonnen-Gewichte in die Spitze eines 15 Meter hohen Stahlgerüsts. Lässt man sie herunterfallen, treiben sie einen Generator an, der immerhin 250 Kilowatt Leistung in das lokale Netz liefert.

Sand kann auch als Wärmespeicher dienen, wie im westfinnischen Städtchen Kankaanpää. Dort erhitzt man den Sand in einem gut gedämmten Silo von sieben Metern Höhe und einem Durchmesser von vier Metern mit einem Heißluftgebläse auf 500 bis 600 Grad. Genutzt wird grüner Strom, vorzugsweise dann, wenn er billig ist. Nach Angaben der Betreiber sinkt die Temperatur im Silo auch nach einigen Monaten nicht unter 500 Grad. Derzeit liefert der Sandsilo Wärme fürs Fernwärmenetz, doch prinzipiell ließe sich auch ein Generator anschließen, der die 8000 Kilowattstunden Speicherkapazität elektrisch nutzen kann.

Einen großen Hochtemperatur-Speicher mit zerriebenem Vulkangestein betreibt Siemens Gamesa im Hafengebiet Hamburg-Altenwerder.

Auch er speichert Wärme aus Wind- und Solarstrom. Heißluftventilatoren erhitzen den Basalt bei Stromüberfluss auf bis zu 750 Grad. Bei der Rückverstromung über eine Dampfturbine können über einen Zeitraum von 24 Stunden 1,5 Megawatt elektrische Energie erzeugt werden.

In der Nähe der Stadt Bakersfield in Kalifornien realisierten Ingenieure eine Art künstlicher Geothermie. Sie blasen Heißdampf, den sie in besonders effektiven Spezialsolarmodulen erzeugen, in Gas-Bohrlöcher und heizen so die Gesteine im Untergrund auf. Die Hitze lässt sich bei Bedarf über Dampfturbinen rückverstromen. Allerdings dient dieses Prinzip derzeit vor allem zum Austreiben von Erdgasresten.

Der Prototyp eines riesigen rotationskinetischen Speichers dreht sich seit 2021 in Boxberg in der Oberlausitz. Mit einem stolzen Gewicht von 42 Tonnen haben die beiden Schwungräder eine Speicherkapazität von 500 Kilowattstunden. Entwickelt haben ihn Ingenieur:innen unter der Federführung der Technischen Universität Dresden.

Ein originelles neues Konzept, um Energie für Mangelzeiten zu speichern, sind hohle Kugeln am Meeresgrund. Im Projekt „StEnSea“ wird derzeit vor Kalifornien eine neun Meter große, 400 Tonnen schwere, hohle Betonkugel auf den Meeresgrund in 500 bis 600 Meter Tiefe versenkt. Strom wird erzeugt, wenn das umgebende Wasser durch ein Loch ins Innere der Kugel drückt. Eine eingebaute Turbine erzeugt dabei Strom. Fällt überschüssiger Strom im Netz an, saugen Pumpturbinen die Kugel leer, sodass wieder ein Vakuum entsteht. Die Leistung dieses Prototyps beträgt 0,5 Megawatt, die Kapazität 0,4 Megawattstunden.