Hier ist etwas, das Energieplaner nachts auf Trab hält: Was passiert, wenn der Wind aufhört zu wehen und die Sonne untergeht, aber alle weiterhin ihre Elektroautos aufladen und die Klimaanlagen laufen lassen? Es ist kein hypothetisches Problem mehr. Während Länder immer stärker auf Ziele für erneuerbare Energien drängen, geraten wir in eine Realität, die sowohl offensichtlich als auch überraschend komplex ist. -Wind- und Solarenergie sind fantastisch, wenn sie funktionieren, aber sie sind erschreckend inkonsistent, wenn man sie tatsächlich braucht.
Die kurze Antwort auf die Frage, ob große Energiespeicher den Bedarf decken können, lautet: Technisch gesehen ja, aber wir sind noch lange nicht bereit dafür. Und der Weg dorthin ist chaotischer, als die meisten politischen Dokumente zugeben wollen.
Warum das wichtiger ist, als Sie denken
Die meisten Menschen verstehen, dass Solarmodule nachts nicht funktionieren. Weniger offensichtlich ist, wie groß die Variabilität sein kann. Ich spreche von Wochen-manchmal Monaten-, in denen die Windenergieerzeugung in einem ganzen Land auf einen Bruchteil ihrer Kapazität zurückgehen kann. Bei den Wetterverhältnissen spielt unser Energiebedarf keine Rolle, und historische Daten zeigen einige ziemlich unbequeme Wahrheiten darüber, wie lange diese Flaute anhalten kann.
Die Situation in Großbritannien veranschaulicht dies perfekt. Sie haben sich dazu verpflichtet, bis 2050 den Netto-Nullpunkt zu erreichen, was riesige Mengen an Windkraftanlagen und Solarparks bedeutet. Aber selbst wenn man genügend erneuerbare Kapazitäten aufbauen würde, um das Land theoretisch doppelt so stark mit Strom zu versorgen, gäbe es immer noch Phasen, in denen die Erzeugung zu kurz kommt. Der Abstand ist auch nicht klein. Wir sprechen von der Notwendigkeit, Energie in Größenordnungen zu speichern, die alles, was derzeit in Betrieb ist, in den Schatten stellen-ungefähr tausendmal mehr als das, was alle Pumpspeicherkraftwerke Großbritanniens zusammen liefern können. Das ist kein Tippfehler.
Welche Möglichkeiten gibt es also für die Energiespeicherung im großen Maßstab?
Hier wird es interessant, denn es gibt keine Patentlösung. Verschiedene Speichertechnologien zeichnen sich durch unterschiedliche Dinge aus, und was für die Speicherung von Energie für ein paar Stunden funktioniert, sieht bei weitem nicht so aus, wie man es für die saisonale Speicherung benötigt.
BatterienSchlagzeilen machen Schlagzeilen, und das aus gutem Grund: -Sie verbessern sich schnell und eignen sich hervorragend für die kurzfristige Speicherung-. Aber hier ist der Haken: Batterien sind teuer, wenn man sie so skaliert, dass sie den Strom eines Landes für Tage oder Wochen speichern können. Für groß angelegte Energiespeicher mit mehr als vielleicht 4-Stunden Backup sind die wirtschaftlichen Überlegungen noch nicht aufgegangen. Sie eignen sich hervorragend zum Glätten von Unebenheiten, weniger gut zum Überbrücken einer zweiwöchigen Strecke mit schwachem Wind.
Pumpspeicherkraftwerkist das alte, zuverlässige-Wasser bergauf pumpen, wenn Sie überschüssigen Strom haben, und es durch Turbinen wieder hinunterlaufen lassen, wenn Sie Strom benötigen. Es funktioniert, es hat sich bewährt und es ist relativ effizient. Das Problem? Geographie. Man braucht das richtige Gelände mit geeigneten Stauseen und die meisten guten Standorte sind bereits vergeben. Der Bau neuer Pumpspeicherkraftwerke stößt auf allerlei Umwelt- und Planungshindernisse.
Druckluftspeicherklingt clever-Verwenden Sie überschüssigen Strom, um Luft in unterirdische Höhlen zu komprimieren, und geben Sie sie dann ab, um später Turbinen anzutreiben. Aber es kam nie wirklich kommerziell zum Durchbruch. Die Hin- und Rückfahrteffizienz ist nicht besonders gut und Sie benötigen bestimmte geologische Formationen.
Dann gibt es nochWasserstoffspeicherung, was vielleicht exotisch klingt, aber wahrscheinlich die praktischste Lösung für eine wirklich große Energiespeicherung über lange Zeiträume ist. Das Konzept ist recht einfach: Überschüssiger erneuerbarer Strom wird genutzt, um Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Speichern Sie den Wasserstoff und verbrennen Sie ihn dann entweder in Kraftwerken oder lassen Sie ihn durch Brennstoffzellen laufen, wenn Sie wieder Strom benötigen.
Warum Wasserstoff in diesen Gesprächen immer wieder zur Sprache kommt
Das Besondere an der Wasserstoffspeicherung ist nicht ihre Effizienz. -Sie ist im Vergleich zu Batterien tatsächlich ziemlich ineffizient und verliert auf dem Hin- und Rückweg vielleicht 60–70 % der Energie. Aber Effizienz ist nicht alles. Entscheidend für die Energiespeicherung im großen Maßstab sind die Kosten pro Speicherkapazitätseinheit, und hier kommt Wasserstoff in Salzkavernen zum Einsatz.
Bemerkenswert hierfür sind Salzkavernen. Sie können sie lösungs-abbauen (im Grunde das Salz mit Wasser auflösen), und sie sind von Natur aus versiegelt und stabil. Noch wichtiger ist, dass sie riesig sind. Eine einzelne Kaverne kann genug Wasserstoff speichern, um Gigawattstunden Strom zu erzeugen. Und Orte wie Großbritannien-zusammen mit vielen anderen Ländern-verfügen über beträchtliche unterirdische Salzvorkommen, die die enorme Speicherkapazität aufnehmen könnten, von der wir sprechen.
Auch die Ökonomie funktioniert anders. Bei Batterien skalieren Ihre Kosten ungefähr linear mit der Kapazität-doppelter Speicher, doppelter Preis. Bei Wasserstoff in Salzkavernen sind die Elektrolysegeräte und Brennstoffzellen (oder Kraftwerke) zur Rückumwandlung in Elektrizität der teure Teil. Der Speicher selbst? Relativ günstig pro Einheit, sobald Sie die Höhle ausgegraben haben. Dadurch eignet es sich hervorragend für die Speicherung großer Energiemengen, die möglicherweise monatelang dort verbleiben, bevor Sie sie benötigen.
Das Timing-Problem, über das niemand gerne spricht
Hier stoßen politische Ambitionen auf die physische Realität: Der Aufbau dieser Infrastruktur braucht Zeit. Viel Zeit. Der Lösungsabbau in einer Salzkaverne ist nichts, was man an einem Wochenende macht. Wir sprechen von Jahren für eine einzelne Höhle, und Sie brauchen viele davon. Die Wasserstoffelektrolyseanlagen, die Pipelines, die Stromerzeugungsausrüstung-all dies erfordert nicht nur Geld, sondern auch längere Bauzeiten.
Wenn das Vereinigte Königreich (oder ein anderes Land) ernsthaft eine Energiespeicherung im großen Maßstab wünscht, die bei Bedarf bereitsteht, muss mit dem Bau mehr oder weniger jetzt begonnen werden. Nicht in fünf Jahren nach einer weiteren Runde von Machbarkeitsstudien, sondern jetzt. Die Lücke zwischen „wir sollten wahrscheinlich darüber nachdenken“ und „wir brauchen das dringend einsatzbereit“ schließt sich schneller, als den Menschen bewusst ist.
Kann es die Nachfrage tatsächlich bewältigen?
Um auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen: Große Energiespeichersysteme können theoretisch den Bedarf decken, aber nur, wenn wir rechtzeitig genug davon bauen und verschiedene Technologien angemessen kombinieren. Sie benötigen Batterien für den stündlichen -zu{2}}stündigen Ausgleich, ggf. Pumpspeicherkraftwerke, sofern verfügbar, und einen massiven Wasserstoffspeicher für längere Zeiträume mit geringer Erzeugung erneuerbarer Energien.
Das wirkliche Hindernis ist nicht die Technologie-sondern Willenskraft und Investitionen. Die Systeme, die wir brauchen, sind technisch machbar, erfordern aber jetzt Engagement und Ausgaben für Vorteile, die für viele Menschen abstrakt erscheinen. Die Wasserstoffinfrastruktur sorgt nicht für spannende Pressemitteilungen wie ein neuer Solarpark, obwohl sie genauso wichtig ist.
Es stellt sich auch die Frage, wie Sie Marktmechanismen schaffen, die Anreize für den Aufbau von Speicherkapazitäten schaffen, die möglicherweise die meiste Zeit ungenutzt bleiben. Traditionelle Strommärkte waren für diese Art von Flexibilitätsanforderungen nicht ausgelegt. Jemand muss für den Aufbau und die Wartung riesiger Speicherreserven aufkommen, selbst in Jahren, in denen das Wetter günstig ist und man sie kaum nutzt.
Was passieren muss
Damit die Energiespeicherung im großen Maßstab die Nachfrage beim Übergang zu erneuerbaren Energien wirklich decken kann, müssen mehrere Dinge aufeinander abgestimmt sein. Investitionsrahmen müssen den Wert von Speicher anerkennen, der selten genutzt, aber von entscheidender Bedeutung ist-wie eine Versicherung, von der Sie hoffen, dass Sie sie nie in Anspruch nehmen. Baugenehmigungen und Umweltverträglichkeitsprüfungen müssen schneller voranschreiten, ohne die ordnungsgemäße Aufsicht zu beeinträchtigen. Und ehrlich gesagt, die Öffentlichkeit muss verstehen, dass die „Zukunft sauberer Energie“ eine Menge Infrastruktur beinhaltet, die nicht glamourös, aber absolut notwendig ist.
Die Alternative ist nicht verlockend. Ohne ausreichende Energiespeicherung in großem Maßstab bleibt man mit fossilen Brennstoffen zurück, die den Zweck verfehlen, oder man nimmt periodische Stromausfälle in Kauf, wenn die erneuerbaren Energien den Bedarf nicht decken können, was niemand will. Oder Sie bauen die Kapazitäten für erneuerbare Energien so stark aus, dass es kaum noch zu Engpässen kommt-aber das ist wirtschaftlich verschwenderisch und flächenintensiv-.
Speicherung ist nicht das heißeste Thema in der Energiepolitik, aber es könnte das wichtigste sein, dem wir nicht genügend Aufmerksamkeit schenken. Ob große Energiespeicher den Bedarf decken können, hängt weniger von der technischen Leistungsfähigkeit als vielmehr davon ab, ob wir bereit sind, sie im erforderlichen Maßstab zu bauen, bevor wir sie tatsächlich benötigen. Und dieses Fenster schließt sich schneller, als den meisten Menschen bewusst ist.