Abb. 1: Mitten in Hamburgs Hafen wird demonstriert, wie die Energiewende den nächsten Schritt gehen kann. Ein lilafarbenes Baby-Mammut ist das Maskottchen des Elektrothermischen Energiespeichers (ETES)

Abb. 1: Mitten in Hamburgs Hafen wird demonstriert, wie die Energiewende den nächsten Schritt gehen kann. Ein lilafarbenes Baby-Mammut ist das Maskottchen des Elektrothermischen Energiespeichers (ETES) (Quelle: Siemens Gamesa)

Um die fortschreitende Erderwärmung aufzuhalten, müssen wir es schaffen, Treibhausgasemissionen so bald wie möglich auf ein Minimum zu reduzieren. Die ehrgeizigen Ziele hierfür sind gesetzlich gesteckt (u.a. EEG 2021, Windenergie-auf-See-Gesetz). Um sie zu erreichen, ist ein starker Ausbau der erneuerbaren Energien unerlässlich. Trotz des bisherigen Erfolgs ist der Weg zu einer 100-prozentigen Versorgung mit Erneuerbaren noch weit und das Gelingen der Energiewende hängt nicht allein vom weiteren Zubau der Erneuerbaren ab. So steigt ihr Anteil an der Stromerzeugung zwar kontinuierlich, doch macht diese nur einen Teil der in Deutschland verbrauchten Primärenergie aus.

Neue Technologien für die Energiewende

Für eine erfolgreiche Sektorenkopplung brauchen wir neue Technologien, um die Emissionen aus Wärmeversorgung, Industrie, Verkehr und Landwirtschaft zu senken. Daneben muss es gelingen, Erzeugung und Verbrauch volatiler erneuerbarer Energien zeitlich zu entkoppeln und die Herausforderungen an das Stromnetz zu lösen: Aufrechterhaltung der Netzfrequenz, Netzüberlastungen oder der Abtransport erneuerbarer Energien in den Süden Deutschlands.

Dass Energiespeicher die Aufgabe der zeitlichen Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch meistern können, ist bekannt. Doch um die Energiewende vollenden zu können, müssen wir auch hier weiterdenken und kluge, nachhaltige Ideen entwickeln. Zum Beispiel: Kohlekraftwerke umrüsten statt demontieren.

Vor etwa zehn Jahren begann die Entwicklung des Elektrothermischen Energiespeichers (eine Carnot-Batterie), kurz ETES. Der bisherige Höhepunkt wurde dabei 2019 mit der Einweihung einer 130 MWh-Demonstrationsanlage im Hamburger Hafen erreicht, die aufgenommene Energie bis zu zwei Wochen lang speichern und im Falle der Rückverstromung ungefähr 3.000 Haushalte über 24 Stunden lang kontinuierlich mit Strom versorgen kann (siehe Abb. 1). Der Demonstrator wird im Rahmen des Future Energy Solutions-Projekts zusammen mit dem Energieversorger Hamburg Energie und der Technischen Universität Hamburg realisiert und vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Er ist nicht nur ein Schaufensterprojekt, sondern Deutschlands größtes Förderprojekt im Bereich der Speicher.

Das System besteht vereinfacht ausgedrückt aus Stahl, Beton und Steinen: Über eine mit erneuerbarer Energie gespeiste elektrische Widerstandsheizung werden Luftmassen erhitzt und in Bewegung gesetzt, die im Inneren der Speichereinheit etwa 1.000 t Vulkangestein erhitzen. Über den Heißluftstrom erreichen die Steine eine Temperatur von bis zu 750 Grad Celsius – aus erneuerbarer Energie wird thermische Energie. Bei Bedarf kann die gespeicherte Energie wieder rückverstromt werden, wofür ein Wasserdampfkreislauf genutzt wird – Technik also, die in jedem Kohlekraftwerk vorhanden ist.

Um Kohlekraftwerken ein zweites Leben als CO2-freie Energiespeicher zu ermöglichen, muss nur der bisherige Kohlekessel durch den Elektrothermischen Energiespeicher ersetzt werden und der Großteil des „alten“ Dampfkreislaufs, wie etwa Turbinen und Kondensatanlagen, kann in der Folge mit sauberer Energie weiterbetrieben werden. Diese Kompatibilität bietet keine andere Speichertechnologie.

80 % der Komponenten besitzen seit Langem Marktreife, weshalb die große Leistung des Teams von Siemens Gamesa nicht in der Materialentwicklung, sondern in der Neukombination vorhandener Technik liegt. Ein weiterer Vorteil von ETES insbesondere im Vergleich mit Lithium-Ionen-Batterien ist, dass er nicht nur große Mengen Energie sammeln kann, sondern zudem ökologisch völlig unbedenkliche Materialien nutzt. Das Vulkangestein als Speichermedium ist weltweit in großen Mengen verfügbar und darüber hinaus äußerst kostengünstig. ETES kann grundsätzlich überall auf der Welt eingesetzt werden, anders als beispielsweise Pumpspeicherkraftwerke.

Der nächste Entwicklungsschritt wird der wirtschaftliche Betrieb eines hochskalierten ETES sein, der ausreichend Energie speichern kann, um eine 100.000-Einwohner-Stadt unabhängig von Wind und Sonne einen Tag lang nachhaltig mit Strom zu versorgen. Von einer solchen Anlage würde dann kein Baby-Mammut mehr grüßen, sondern ein ausgewachsenes Exemplar die „neue Steinzeit“ ankündigen.

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