Energiewende unter Druck(luft):
Strom speichern unter Tage

Hallo zusammen,

wenn man diese Woche so in den grauen Himmel blickt, ist kaum zu glauben, dass es noch vor wenigen Tagen tagelang strahlenden Sonnenschein und sommerliche Temperaturen gab. Aber wenn die Sonne sich demnächst wieder regelmäßig blicken lässt, hat das nicht nur Auswirkungen auf unsere Stimmung, sondern auch auf die Strompreise. Denn mittlerweile sind die erneuerbaren Energien so gut ausgebaut, dass es regelmäßig zu einem „zu viel“ kommen kann - etwa um die Mittagszeit. An der Strombörse können die Preise dann sogar ins Negative fallen.

Wo ist denn da das Problem, werden Sie sich jetzt womöglich fragen. Also das Problem ist, dass das teuer werden kann: Die Betreiber der Anlagen müssen nämlich für nicht eingespeisten Strom entschädigt werden. Manch ein Medium spricht sogar von „Schrott-Strom“ und ähnlich abstrusen Dingen. Denn wir brauchen diesen Strom ja - zum Beispiel für Tage, an denen eben keine Sonne scheint. Wir müssten den Strom also speichern. Doch an ausreichend Speicherkapazität mangelt es bekanntlich. Dabei gäbe es da durchaus spannende Technologien. Einer davon widmen wir uns heute: dem Druckluftspeicherkraftwerk. Was das genau ist und welche Rolle es spielen kann, schauen wir uns gleich an.

INHALT
Druckluftspeicherkraftwerk: Alte Technik, neue Relevanz
Termine Reichtum bestimmt Sterberisiko Batteriespeicher für Hamburg Städte wollen weniger Gas Empfehlungen Zum Schluss

Während hierzulande über die Energiewende diskutiert wird, macht man in China einfach. Diese Nachricht aus dem Land der Mitte hat zuletzt Aufhorchen lassen: In der Provinz Jiangsu ist ein Druckluftspeicherkraftwerk (Compressed Air Energy Storage (CAES)) in Betrieb genommen worden: Mit 600 Megawatt Leistung soll es bis zu 600.000 Haushalte versorgen. Dabei ist es kein Kraftwerk im herkömmlichen Sinne, sondern eine Anlage, die Strom aus erneuerbaren Energiequellen speichert – und zwar unter der Erde in einem Salzstock.

Weltweit gibt es bisher nur wenige solcher Anlagen. Eine steht bei McIntosh in den USA und eine in Deutschland: das Kraftwerk Huntorf bei Oldenburg ist schon seit 1978 in Betrieb und damit das älteste Druckluftspeicherkraftwerk der Welt. Erleben wir also jetzt die Renaissance einer alten Technologie?

Die Speicherung von überschüssigem Storm aus Windenergie und Solaranlagen in sogenannten Salzkavernen unter der Erde folgt einem einfachen Prinzip, erklärt der Professor für Energiesysteme an der TU München, Hartmut Spliethoff. „Wir haben einen Kompressor, der Luft auf einen Druck von 40 bis 70 bar verdichtet. Das kann man dann in einen Salzspeicher einspeichern, weil Salzspeicher entsprechend dicht sind.“ Und bei Bedarf könne man dann den umgekehrten Weg gehen, sagt Dirk Uwe Sauer vom Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik an der RWTH Aachen: „Wenn man den Strom wieder braucht, lässt man die Luft auf die Turbine strahlen und erzeugt wieder Strom.“ Die Druckluft expandiert also wieder und treibt einen Generator an. 

Das Problem dabei ist, dass beim Komprimieren der Luft Wärme entsteht. Im Kleinen kennen wir das von einer Luftpumpe, erläutert Sauer. Beim Expandieren passiert wiederum das Gegenteil: Es entsteht Kälte. Die Luft muss dann also wieder erwärmt werden. In alten Anlagen wie dem Kraftwerk Huntorf wird dafür Gas genutzt. In der neuen chinesischen Anlage ist das anders: Hier wird die Wärme, die beim Komprimieren entsteht, in einem thermischen Speicher zwischengelagert und später zum Aufwärmen der Luft genutzt. „Dadurch benötigt man keinen zusätzlichen Brennstoff wie Erdgas und man kann einen Wirkungsgrad von etwa 70 Prozent erreichen“, sagt Spliethoff. Zum Vergleich: Das Kraftwerk Huntorf kommt auf einen Wirkungsgrad von 42 Prozent, Pumpspeicher auf bis zu 80 Prozent. 

Gespeichert wird die komprimierte Luft in Salzkavernen. Diesen Speicherraum gewinne man durch eine Auslösung, sagt Ingo Sass vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung. „Also man spült Salz aus dem Untergrund aus und erzeugt so einen Hohlraum, den man dann über Bohrung bewirtschaftet“, so der Fachmann. „Das kann man dann mit Druckluft machen oder mit einem anderen Gas oder mit Kraftstoffen.“ 

Eigentlich wäre Deutschland der ideale Standort für Druckluftspeicher in Salzkavernen. Der Norden sei nämlich die Region der Welt mit der drittgrößten Dichte an Salzstrukturen im Untergrund, erklärt Sass. „Wir verfügen über ein enormes Speicher- und Lagerpotenzial an Salzstrukturen und da gibt es sicherlich Standorte, die geeignet wären, auch Druckluftspeicher zu bauen.“ Der GFZ-Fachmann zeigt sich deshalb etwas verwundert darüber, dass sie bisher kein größeres Thema sind. „Wir haben viel Erfahrung, wir haben enorme Gasspeicher in unserem Land. Es ist eigentlich naheliegend, dass sich unser Land auch mit Druckspeichern beschäftigt.“ Allerdings: Die Salzvorkommen konzentrieren sich vor allem auf Norddeutschland bis nach Sachsen-Anhalt hinein.  

Das Speicherpotenzial wäre also vorhanden. Und die Technologie wäre eine sinnvolle Ergänzung, meint Manuel Baumann vom Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) am KIT in Karlsruhe. „Diese Druckluftspeicher stellen eine Komponente in einem Portfolio an Technologien dar, die wir haben und füllt eine Lücke. Wir haben zum Beispiel Batteriespeicher, die sind aber eher für kurzfristige Überbrückungen geeignet. Dann gibt es den Wasserstoff perspektivisch, der wird dann über längere Zeiträume Energie zur Verfügung stellen können. Und die Druckluftspeicher, die befinden sich da in der Mitte.“ Das heiße, sie könnten den Bedarf mehrerer Stunden bis Tage abdecken.

Die Technologie hat aber auch praktische Vorteile, sagt Marco Mancini von der TU Clausthal. Er war an einem Forschungsprojekt beteiligt, das sich mit der Modernisierung des Kraftwerks Huntorf beschäftigt hat. „Man kann nicht nur Strom speichern, sondern auch die Netze stabilisieren“, sagt er. Denn vereinfacht gesagt helfen die rotierenden Massen in der Kraftwerkstechnik dabei, die Netzfrequenz stabil zu halten. Und der Speicher sei im Fall eines Stromausfalls von Vorteil, sagt Mancini. „Man kann damit schwarz starten – also das ganze System wieder hochfahren. Und: Sie sind binnen Minuten einsatzfähig. 

Druckluftspeicher sind in Deutschland also eine altbewährte Technologie, die Komponenten könnten hier gebaut werden – am Standort Görlitz hat sich beispielsweise Siemens Energy sogar darauf spezialisiert – und sie könnten regional eine Speicherlücke abdecken. Warum also hat sich das nicht längst durchgesetzt?

Immerhin gab und gibt es Versuche. Einen davon hat vor gut zehn Jahren RWE beendet: Das Projekt ADELE in Staßfurt in Sachsen-Anhalt wurde 2015 eingestellt. „Aus Kostenüberlegungen und wirtschaftlichen Erwägungen“, sagt KIT-Forscher Baumann. „Und vermutlich auch Mangels politischem Willen, so etwas umzusetzen. Das ist, glaube ich, eher das Problem. Denn der aktuelle Markt sei denkbar schlecht geeignet für Speichertechnologien wie diese. Deshalb müsse die Politik Anreize schaffen: „Das könnte ein Kapazitätsmarkt sein“, sagt Baumann. „Im Moment ist es so, dass man nur die Energie, die man liefert, vergütet bekommt. Aber die Leistung ist ja das Wichtige. Ich muss ja stetig gewappnet sein, um erneuerbare Energien, ausgleichen zu können. Das müsste geändert werden, damit solche Projekte wirtschaftlich geplant werden können.“ Neben dem Marktdesign seien aber auch die aktuellen Regularien teil es Problems.

Kurzum: Für die Betreiber lohnt sich das Ganze aktuell nicht. Sie investieren deshalb lieber in andere Technologien – wie etwa Batteriespeicher, sagt RWTH-Forscher Sauer. „Man kann Batterien in jeder beliebigen Größe skalieren und irgendwo hinstellen. Und eben da, wo man den Strom direkt braucht.“ Sauer verweist auf den chinesischen Neubau, um die Preisfrage zu illustrieren: „Der Preis, der dort angegeben wird, liegt etwa beim zweieinhalbfachen dessen, was man für einen gleich großes Batteriespeicherkraftwerk bräuchte.“ Rein wirtschaftlich gesehen gebe es keinen Zweck, das einzusetzen, meint Sauer.

Und dann gibt es da auch technische Nachteile, sagt Forscher Mancini. Denn auch der Wirkungsgrad sei kaum ausreichend im Vergleich zu anderen Technologien. „Batterien zum Beispiel oder Power-to-Gas-Technologien haben einen höheren Wirkungsgrad. Deshalb hat die Industrie, denke ich, Bedenken.“ Die Frage sei also: Lohnen sich dann hohe Investitionskosten in eine riesige technische Anlage überhaupt langfristig für einen Investor?

Der Fachmann für Energiesysteme, Spliethoff, weist noch auf einen weiteren Punkt hin: Druckluftspeicher eigenen sich nicht als langfristiger Stromspeicher. „Für eine Langzeitspeicherung kommen eigentlich eher chemische Energieträger in Frage, denn die haben eine hohe Energiedichte.“ Deshalb sei dafür zum Beispiel Wasserstoff gut geeignet. Damit ließen sich statt einer Terrawattstunde mit Druckluft ganze 66 in demselben Raum einspeichern. Doch der müsste ebenfalls dort gelagert werden, wo die Druckluft hinmüsste und die Gasreserven heute schon sind: In die Salzkavernen. Das heißt, es gibt hier eine Konkurrenzsituation, bestätigt Baumann. „Und da stellt sich dann natürlich die Frage, wofür lohnt es sich denn mehr, diese Kapazitäten zu nutzen?“

Druckluftspeicher hätten also durchaus Vorteile, sind aber allem voran derzeit kaum wirtschaftlich. Die Fachleute sind sich deshalb uneins, ob diese Technologie in Zukunft einen Beitrag zur Energiewende leisten können wird. Während die einen sagen, dass die Speicher ihren Platz ergänzend zu anderen Technologien finden dürften, zeigen sich die anderen angesichts der schnellen technischen Entwicklung skeptisch, ob die Druckluft nicht doch der alte Hut bleibt, der sie längst war. 

📆 Und noch mehr Klima-Termine finden Sie jederzeit hier.

Ob man eine Hitzewelle oder einen Kälteeinbruch überlebt, hängt stark vom sozialen Status ab. Das belegt eine aktuelle Auswertung von über 161 Millionen Todesfällen aus 32 europäischen Ländern. 👉 MDR WISSEN

Der Speicher in Bergedorf soll künftig bis zu 400 Megawattstunden Strom speichern. Bei der für Ende 2028 geplanten Inbetriebnahme soll er der größte Speicher in einer deutschen Großstadt sein. 👉 NDR

In vielen Großstädten in Deutschland soll künftig weniger mit Erdgas geheizt werden. Das zeigt eine Auswertung von 38 Wärmeplänen, die der BUND analysiert hat. 👉 SWR

Es hätte so schön sein können: Einfach ein bisschen Luft in den Salzstock verpressen, sie später einfach wieder rauslassen und schon ist die Dunkelflaute elegant überbrückt. Naja, ganz so einfach ist es also leider nicht. Umso spannender aber der Blick über den Tellerrand zu dem, was es da noch so alles gibt. Ganz im Sinne der sagenumwobenen Technologieoffenheit.

Apropos Technologieoffenheit: Ein Hinweis sei mir noch gestattet auf die neue Folge des ARD Klima Update-Podcasts. Denn diese Woche geht es um die Frage: Würgt Katherina Reiche die Energiewende ab? Eine interessante Zeit beim Hören wünsche ich Ihnen und wir lesen uns wieder - in einer Woche an dieser Stelle. Bleiben Sie uns gewogen.

Mit den besten Grüßen

Kristin Kielon