Speicherwasserkraftwerk

Beim Speicherwasserkraftwerk wird das Wasser eines Fließgewässers zu einem Stausee aufgestaut, aus dem es in Zeiten erhöhten Energiebedarfs abfließen und in einem Wasserkraftwerk elektrische Energie erzeugen kann. Durch einen natürlichen Zulauf füllt sich der Speicher von alleine wieder auf. Speicherkraftwerke, bei denen elektrische Energie aus dem Stromnetz in Schwachlastzeiten verwendet wird, um den Wasserspeicher mittels Pumpen aufzufüllen, werden Pumpspeicherkraftwerke genannt. Wasserkraftanlagen, die Fließgewässer kontinuierlich nutzen, werden als Laufwasserkraftwerke bezeichnet.

In Norwegen gehören Wasserkraftwerke zum Grundpfeiler der Energieversorgung. Etwa 1250 Wasserkraftwerke liefern jährlich mehr als 120 TWh an Strom, wobei 3/4 der installierten Leistung von Speicherwasserkraftwerken bereitgestellt wird.

Pumpspeicherkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerke funktionieren wie Wasserspeicherkraftwerke. Zudem kann überschüssige elektrische Leistung aus dem Stromnetz gespeichert werden. Dazu wird Wasser aus niedriger Lage mit Pumpen in den höher gelegenen Speichersee gepumpt. Der Wirkungsgrad beträgt ca. 70 % bis 85 %.

In Deutschland haben Pumpspeicherkraftwerke eine große Bedeutung bei der Bereitstellung von Regelleistung zur Steuerung des Stromnetzes. Deutschlandweit gibt es etwa 30 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Gesamtleistung von 7 Gigawatt und einer Speicherkapazität von 40 GWh.

Kugelpumpspeicher

Ein Kugelpumpspeicher ist ein Konzept und mit Stand 2017 einmalig als Pilotprojekt am Bodensee realisierte Versuchsanlage eines Pumpspeicherkraftwerks, bei dem unter Wasser in maximal 700 m Tiefe Hohlkugeln aus Beton mit ca. 30 m Durchmesser installiert werden und mit Wasser gefüllt bzw. entleert werden.

Hubspeicherkraftwerk

Hubspeicherkraftwerke speichern elektrische Energie in Form von potentieller Energie (Lageenergie). Anstelle von Wasser werden hierbei Festkörper als Speichermasse genutzt. Die Technik hierfür ist grundsätzlich aus zahlreichen anderen Anwendungen (beispielsweise der Kuckucksuhr) erprobt, es existieren aber bisher kaum Anlagen für die großtechnische Nutzung. Anfang 2020 wurde im Kanton Tessin eine Testanlage gebaut.

Batterie-Speicherkraftwerk

Bei energiewirtschaftlich verhältnismäßig kleinen Leistungen (bis zu 300 MW) werden Akkumulatoren in Batterie-Speicherkraftwerken zur Netzstabilisierung verwendet. Mit Stand 2016 waren weltweit Batteriespeicher mit einer Leistung von 1,5 GW installiert, mit steigender Tendenz.

Redox-Flow-Batterie

Eine Sonderform des Akkumulators stellt die Redox-Flow-Batterie dar: Die zwei energiespeichernden Elektrolyte zirkulieren dabei in zwei getrennten Kreisläufen, zwischen denen in der galvanischen Zelle mittels einer Membran der Ionenaustausch erfolgt. Die Tankgröße mit den Elektrolyten ist hierbei einfach skalierbar. Es wird für möglich gehalten, dass Flowzellen auf umweltfreundlicher Ligninbasis zukünftig bei einem Speicherwirkungsgrad von 90 % Speicherkosten von ca. 3 ct/kWh aufweisen werden. Im Vergleich zum Lithium-Ionen-Akku ist die Energiedichte einer Redox-Flow-Zelle um ein Vielfaches geringer.

Druckluftspeicherkraftwerk

In einem Druckluftspeicherkraftwerk wird Druckluft in Kavernen in ehemaligen Salzstöcken zur Energiespeicherung eingesetzt. Derzeit existieren nur wenig Anlagen, die zudem zusätzlich mit Gas betrieben werden müssen. Beim Expandieren der Luft kühlt sich diese stark ab, sodass die Turbinen ohne zusätzliche Gasbeifeuerung vereisen würden. Testanlagen, sogenannte adiabatische Druckluftspeicherkraftwerke, die ohne den zusätzlichen Einsatz von Gas betrieben werden können, sind in Planung.

Anstelle der Speicherung in Kavernen gibt es seit 2015 auch einen Prototyp, bei dem Ballons unter Wasser mit Druckluft gefüllt werden: Die kanadische Firma Hydrostor hat eine Versuchsanlage am Grund des Lake Ontario installiert, 2,5 km von der Küste entfernt in 55 Metern Tiefe. Unter Wasser in einer Tiefe von 50 bis 100 Metern werden riesige Ballons aus Nylongewebe am Grund angebracht. Bei Stromüberschuss wird Luft in die Ballons gepumpt. Die Druckluft kommt aus Kompressoranlagen an Land, die mit Rohren mit den Ballons verbunden sind. Durch den Wasserdruck wird die Luft stark komprimiert, so dass eine große Menge Luft in den Ballons Platz hat, ohne dass die Ballons stark belastet werden. Bei Strombedarf lässt man die Luft aus den Ballons über die Rohre an Land durch eine Turbine strömen, die einen Generator antreibt. So wird die gespeicherte Energie wieder zurück in Strom verwandelt. Bei der Kompression der Luft entsteht Wärme, die in einem Wärmetauscher gespeichert und beim Zurückströmen und Entspannen der Luft wieder zugeführt wird.

Wärmespeicherkraftwerk

Wärmespeicherkraftwerke sind Energiespeicher für kleine bis mittlere Energiemengen in Form eines wärmespeichernden Mediums mit möglichst hoher thermischer Wärmekapazität, Temperaturbeständigkeit und Vorhaltemenge. Der Prozess der Wärmespeicherung erfolgt dabei konventionell über eine elektrische Heizung oder eine Wärmepumpe, während die Energieabfuhr über ein konventionelles Dampfkraftwerk erfolgt. Als mögliche Medien kommen feste Steingranulate oder flüssige Wärmeträger in Betracht, die je nach Auslegung auf einige hundert bis tausend Grad Celsius erhitzt werden können.

Im Rahmen der Energiewende und dem in Deutschland geplanten Kohleausstiegs bis 2038 wird derzeit getestet, ob der Umbau von Kohlekraftwerken zu Wärmespeicherkraftwerken zielführend ist. Hierbei sind Pilotanlagen mit den Speichermedien Vulkangestein und Flüssigsalz in Betrieb bzw. geplant.

Auch im Rahmen der Kraft-Wärme-Kopplung kommen Wärmespeicher zum Einsatz, um die Versorgung mit Wärmeenergie unabhängig von der aktuellen Stromerzeugung gewährleisten zu können.

Kryogene Energiespeicherung

Bei diesem Verfahren wird Luft oder Stickstoff mit dem Linde-Verfahren auf −195 °C heruntergekühlt und lässt sich im Vakuumgefäß bei Atmosphärendruck lagern. Bei der Umwandlung in Gas wird die damit verbundene starke Zunahme von Volumen und Druck dazu genutzt, um eine Turbine zur Stromerzeugung anzutreiben. Die Technologie wird bereits in einem britischen Kraftwerk im Pilotbetrieb eingesetzt.