Energiespeichertechnologie: Ein Bericht des BFE schafft Übersicht

Das Energiesystem der Schweiz steht vor grossen Veränderungen: Der Ausbau der erneuerbaren Energien, die Dekarbonisierung der Energieversorgung, die Digitalisierung des Systems, langfristig werden die Kernkraftwerke abgeschaltet und das schweizerische Stromnetz wird weiter in den europäischen Markt integriert.

Diese Veränderungen bedeuten, dass das Schweizer Energiesystem flexibler werden muss. Die Herausforderung besteht darin, dass dann genug Energie bereitsteht, wenn sie auch gebraucht wird und die Netzstabilität gesichert ist. Energiespeicherung kann hier in die Bresche springen. Grosse Speicher können für Stabilität im Netz sorgen, wenn die Produktion tief ist, beziehungsweise die Nachfrage niedrig.

Vielen Lesern dürften Pumpspeicherwerke und natürlich Batterien (auch als elektrochemische Speicher bezeichnet) bekannt sein. Es gibt jedoch viele weitere Energiespeichertechnologien, welche sich in verschiedenen Stadien der technologischen Maturität befinden. Das Bundesamt für Energie (BFE) hat im September 2021 eine Kurzübersicht zu verschiedenen Energiespeichertechnologien veröffentlicht. Die Fachspezialisten des BFE geben darin einen Überblick über den heutigen Einsatz von Speichertechnologien, ordnen die aktuelle Bedeutung der Technologien ein und skizzieren, wie es mit den verschiedenen Technologien weitergehen könnte.

Energeiaplus hat dem Autor der Kurzübersicht einige Fragen zum Thema gestellt: Stefan Oberholzer ist Fachspezialist für Energieforschung und Cleantech am Bundesamt für Energie.

Energeiaplus: An wen richtet sich das Dokument und wofür kann man es brauchen?

Stefan Oberholzer: In dem Dokument werden verschiedenen Energiespeichertechnologien aufgelistet und skizziert, woran geforscht und entwickelt wird. Energiewirtschaftliche Betrachtungen über Sinn und Zweck von Energiespeichern werden keine angestellt. In diesem Sinne richtet sich das Dokument an alle, die allenfalls Bedarf hätten für eine sehr vereinfachte und grobe Kurzübersicht.

Stefan Oberholzer ist Fachspezialist in der Sektion Energieforschung und Cleantech des BFE und Autor der Studie zur Energiespeichertechnologie.

Sind manche Speichertechnologien besser für spezifische Arten von Energie geeignet?

Neben reinen Gas- oder Stromspeichern gibt es Speicherkonzepte, wo etwa Strom chemisch gespeichert wird (Power-to-Gas), um die chemische Energie in der Mobilität (Brennstoffzellenfahrzeug) oder stationär in einer Wärme-Kraft-Kopplungsanlage zu verwenden. Da Energiespeicherung immer auch mit Verlusten verbunden ist, kann allgemein gesagt werden, dass ineffiziente Speicher nicht geeignet sind für hohe Zyklenzahlen. Wohingegen hoch effiziente Batteriespeicher kaum für saisonale Energiespeicherung in Betracht kommen. Weiter sind gewisse Speichertechnologien besser für kurzzeitige Energiespeicherung geeignet (Leistungsspeicher) und andere eher über längere Zeiträume als reine Energiespeicher.

Welche der künftigen Speichertechnologien ist besonders interessant?

Interessant sind Ideen für neuartige Gravitationsspeicher, wobei offen ist, ob und wie schnell so etwas eingesetzt wird. Ansonsten vor allem die rasanten technologischen Entwicklungen im Batteriebereich. Batterien werden als eine der Schlüsseltechnologie im Umbau des Energiesystems angesehen.

Wo wird in der Schweiz Energiespeichertechnologie eingesetzt?

Im Strombereich vor allem als Pumpspeicherwerke. Wichtig ist aber auch der Wärmebereich: Der Gebäudebereich hat in der Schweiz etwa 40% Anteil am Endenergieverbrauch, wovon der allergrösste Teil für Raumwärme und Warmwasser. Hier existieren schon heute viele Warmwasserspeicher. Um die saisonalen Unterschiede im Bedarf an Wärme auszugleichen, bieten sich verschiedene neuartige Wärmespeichertechnologien an, woran auch in der Schweiz intensiv geforscht wird.

Was sind wichtige Kennzahlen im Bereich Energiespeicher?

Entscheidender Faktor sind sicher die Kosten, welche mit den gewichteten Speicherkosten (LCOS = Levelized Cost of Storage) in Franken pro gespeicherte kWh angegeben werden und mit denen verschiedene Speichertechnologien verglichen werden können. Ansonsten Energiekapazität und Leistung einzelner Speicher, die Speicherdauer (saisonale vs. Kurzzeitspeicher), die «Round-trip»-Effizienz und die Lebensdauer: alles Parameter, die in die Berechnung der LCOS einfliessen. Je nach Anwendung spielen Speicher- oder Leistungsdichte eine sehr wichtige Rolle, etwa in der Elektromobilität.

Über welche Fakten im Bereich Speichertechnologie sollte die breite Öffentlichkeit besser Bescheid wissen?

Der Anteil an Erdölprodukten im Schweizer Endenergieverbrauch liegt bei rund 49%, gemittelt über die letzten Jahre. Heute werden diese in Pflichtlagern für eine Bedarfsdeckung von mehreren Monaten physisch in der Schweiz gespeichert. Das entspricht in etwa der Speicherung von 20% des Gesamtenergieverbrauchs der Schweiz. Mit der Abkehr von fossilen und damit leicht speicherbaren Energieträgern werden Speichertechnologien allgemein an Wichtigkeit gewinnen. Neben etablierten Speichern gibt es verschiedene neue Ansätze im Strom, Gas und Wärmebereich und Speicherkonzepte, welche auch verschiedene Energieträger untereinander koppeln. Mit einem massiven Ausbau erneuerbarer Energieproduktion (Strom) werden sicherlich Batteriespeicher eine entscheidende Rolle spielen, sowohl stationär wie in der Mobilität. Ansonsten: Energiespeicherung ist allgemein relativ teuer und speziell im Strombereich nur eine von verschiedenen Optionen in einem nachhaltigen Energiesystem. Falls es ohne oder mit wenig Speicherung geht, umso besser.

Die Kurzübersicht zum Nachlesen finden Sie unter den Publikationen des Bundesamts für Energie.

Lisa Brombach, Medien und Politik, BFE