Energiespeicher

Im öffentlichen Stromnetz werden verschiedene Arten von Energiespeichern eingesetzt, um Angebot und Nachfrage auszugleichen, Netzstabilität zu sichern und erneuerbare Energien besser zu integrieren.
Man kann sie grob nach physikalischem Prinzip einteilen:

1. Mechanische Speicher

Nutzen Bewegungsenergie oder Lageenergie.

  • Pumpspeicherkraftwerke
    • Prinzip: Wasser wird in Zeiten von Stromüberschuss in ein höher gelegenes Becken gepumpt und bei Bedarf durch Turbinen abgelassen.
    • Beispiel: Grimsel- und Linth-Limmern-Speicher in der Schweiz.
    • Vorteile: Hohe Kapazität, bewährte Technik, lange Lebensdauer.
    • Nachteile: Standortgebunden (Berge, Höhenunterschiede nötig).
  • Druckluftspeicher (CAES – Compressed Air Energy Storage)
    • Prinzip: Überschussstrom komprimiert Luft in unterirdische Kavernen. Bei Bedarf wird die Luft entspannt und treibt Turbinen an.
    • Vorteile: Große Speichermengen möglich.
    • Nachteile: Geringerer Wirkungsgrad als Pumpspeicher.
  • Schwungradspeicher
    • Prinzip: Strom treibt eine Schwungmasse an; bei Entladung wird die Rotationsenergie wieder in Strom umgewandelt.
    • Vorteile: Sehr schnelle Reaktionszeit.
    • Nachteile: Geringe Energiemenge, eher für Netzstabilisierung.

2. Elektrochemische Speicher

Nutzen Batterien oder Redoxsysteme.

  • Lithium-Ionen-Großbatterien
    • Häufig in Containeranlagen neben Umspannwerken.
    • Beispiele: Hornsdale Power Reserve (Australien).
    • Vorteile: Schnelle Regelung, modular, sinkende Kosten.
    • Nachteile: Alterung, begrenzte Rohstoffe.
  • Natrium-Schwefel-Batterien (NaS)
    • Hochtemperatur-Batterien für große Energiemengen (Japan setzt sie ein).
  • Redox-Flow-Batterien
    • Energie wird in flüssigen Elektrolyten gespeichert.
    • Vorteile: Lebensdauer unabhängig von Zyklenzahl, skalierbar.
    • Nachteile: Geringere Energiedichte, hohe Investitionskosten.

3. Elektrische Speicher im engeren Sinn

  • Superkondensatoren / Doppelschichtkondensatoren
    • Vorteile: Extrem schnelle Reaktionszeit, hohe Leistung.
    • Nachteile: Sehr geringe Energiemenge – eher für Sekundenreserve.
  • Supraleitende Magnetische Energiespeicher (SMES)
    • Speichern Energie in Magnetfeldern supraleitender Spulen.
    • Noch sehr selten, vor allem für Netzqualitätsanwendungen.

4. Chemische Energiespeicher

Speichern Strom in Form von chemischen Stoffen.

  • Power-to-Gas (Wasserstoff oder Methan)
    • Stromüberschuss wird zur Elektrolyse genutzt, um Wasserstoff zu erzeugen; ggf. methanisiert und ins Gasnetz eingespeist.
    • Vorteile: Sehr große Speichermengen, saisonale Speicherung möglich.
    • Nachteile: Geringer Wirkungsgrad bei Rückverstromung.
  • Power-to-Liquid
    • Strom wird zur Synthese flüssiger Energieträger (Methanol, synthetischer Diesel) genutzt.
    • Thermochemische Speicher
    • Nutzen reversible chemische Reaktionen zur Energiespeicherung.
      • Metallhydride (H₂-Speicherung in festen Materialien).
    • Salzhydrat-Systeme (Speicherung von Wärme durch Wasserbindung/Abgabe).
    • Reversible Carbonate (z. B. CaO ↔ CaCO₃) für Hochtemperaturwärmespeicher.

💡 Zusammenfassung nach Zeithorizont:

  • Kurzfristig (Sekunden–Minuten): Schwungräder, Superkondensatoren, Batterien.
  • Mittelfristig (Stunden–Tage): Pumpspeicher, große Batterien, Druckluftspeicher.
  • Langfristig (Wochen–Monate): Power-to-Gas, chemische Speicher.

In der Schweiz gibt es vor allem zwei Hauptsäulen der Energiespeicherung im öffentlichen Netz: Pumpspeicherkraftwerke und in kleinerem Maßstab Batteriespeicher – ergänzt durch Pilotanlagen für neue Technologien.

5 Projekte

5.1 Pumpspeicherkraftwerke (Rückgrat der Schweizer Energiespeicherung)

Die Schweiz hat dank ihrer Topografie ideale Bedingungen für diese Speicherform.
Bekannte Anlagen:

AnlageBetreiberLeistung (MW)Speicherinhalt (GWh)Besonderheiten
Linth-Limmern (GL)Axpo1 000ca. 33Modernes Untergrundkraftwerk, 2016 in Betrieb genommen.
Grimsel 2 (BE)KWO480ca. 8Teil des Kraftwerkskomplexes Grimsel.
Limmern + MutseeAxpo––Kombination aus bestehenden und neuen Speichern.
Nant de Drance (VS)Alpiq/SBB/FFS u. a.900202019/2022 in Betrieb, 600 m unter der Erde, eine der modernsten Anlagen Europas.
Emosson (VS)FMV u. a.300ca. 10Nahe der französischen Grenze.
…

💡 Diese Anlagen dienen sowohl der Langzeitspeicherung (mehrere Stunden bis Tage) als auch der Sekundenreserve für Netzstabilität.

5.2. Batteriespeicher (im Aufbau)

Bis vor wenigen Jahren spielte das in der Schweiz kaum eine Rolle, doch seit 2022 entstehen vermehrt Containeranlagen in der Nähe von Umspannwerken und Solarparks:

  • Batteriespeicher in Brunnen (SZ)
    • Betreiber: CKW
    • Lithium-Ionen, Leistung: ca. 7.5 MW, Kapazität: 7.5 MWh
    • Einsatz: Spitzenlastabdeckung und Primärregelenergie.
  • Batteriespeicher in Martigny (VS)
    • Betreiber: Green Batteries SA
    • Containerbatterien für Netzstützung.
  • Axpo & andere Energieversorger planen weitere Projekte, v. a. als Ergänzung zu Solar- und Windanlagen.

5.3 Weitere und neue Speicherformen

  • Power-to-Gas-Pilotanlage in Dietikon (ZH) – erzeugt aus Überschussstrom Wasserstoff und Methan, speist ins Gasnetz.
  • Redox-Flow-Pilotprojekt an der Fachhochschule OST (Rapperswil) für Forschung.
  • Kleinere Schwungräder bei Bahnstromsystemen der SBB, um Bremsenergie zwischenzuspeichern.

5.4 Typische Nutzung in der Schweiz

  • Kurzfristig (Sekunden bis Minuten): Frequenzstabilisierung über Batteriespeicher oder Schwungräder.
  • Mittelfristig (Stunden): Pumpspeicherkraftwerke als Hauptpuffer.
  • Langfristig (Tage bis saisonal): Bisher kaum chemische Speicher im großen Maßstab – hier wird Power-to-Gas erprobt.

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