Energiespeichertechnologien
Die verschiedenen Energiespeichertechnologien tragen zur Stabilität der Elektrizität bei, indem sie auf verschiedenen Stufen des Netzes eingesetzt werden, von der Erzeugung bis zum Endverbraucher.
Thermische Speicherung
Thermische Speicherung wird zur Stromerzeugung eingesetzt, indem die Energie der Sonne genutzt wird, auch wenn die Sonne nicht scheint. Konzentrierende Solarkraftwerke können die Wärme der Sonne einfangen und die Energie in Wasser, geschmolzenen Salzen oder anderen Flüssigkeiten speichern. Diese gespeicherte Energie wird später zur Stromerzeugung verwendet, so dass die Sonnenenergie auch nach Sonnenuntergang genutzt werden kann.
Anlagen dieser Art sind derzeit in Kalifornien, Arizona und Nevada in Betrieb oder geplant. Das geplante Rice Solar Energy Project in Blythe, Kalifornien, wird beispielsweise ein Speichersystem aus geschmolzenem Salz mit einem konzentrierenden Solarturm verwenden, um jedes Jahr Strom für etwa 68.000 Haushalte zu liefern.
Es gibt auch thermische Speichertechnologien für die Endenergiespeicherung. Eine Methode ist das nächtliche Einfrieren von Wasser mit Hilfe von Strom außerhalb der Spitzenzeiten und die anschließende Freisetzung der gespeicherten Kälteenergie aus dem Eis, um tagsüber die Klimaanlage zu unterstützen.
Das Ice-Bear-System von Ice Energy beispielsweise erzeugt nachts einen Eisblock und nutzt das Eis dann tagsüber, um das Kältemittel der Klimaanlage zu kondensieren. Auf diese Weise verlagert das Ice-Bear-System den Stromverbrauch des Gebäudes von der Tagesspitze in die Schwachlastzeiten, in denen der Strom billiger ist. Darüber hinaus führt die Bonneville Power Administration ein Pilotprogramm zur Speicherung überschüssiger Windenergie in Warmwasserbereitern für Privathaushalte durch.
Druckluftspeicherung (CAES) funktioniert ebenfalls als Technologie zur Speicherung von Energie, indem die elastische potenzielle Energie der Druckluft genutzt wird, um den Wirkungsgrad herkömmlicher Gasturbinen zu verbessern.
CAES-Systeme komprimieren in Schwachlastzeiten Luft mit Hilfe von Strom und speichern die Luft dann in unterirdischen Kavernen. In Spitzenzeiten wird die Luft aus dem Speicher entnommen und mit Erdgas in einer Verbrennungsturbine zur Stromerzeugung verbrannt. Bei dieser Methode wird nur ein Drittel des Erdgases verbraucht, das bei herkömmlichen Methoden eingesetzt wird. Da CAES-Kraftwerke eine Art unterirdisches Reservoir benötigen, sind sie durch ihren Standort begrenzt. Zwei kommerzielle CAES-Kraftwerke werden derzeit in Huntorf, Deutschland, und MacIntosh, Alabama, betrieben, obwohl auch in anderen Teilen der Vereinigten Staaten Anlagen vorgeschlagen wurden.
Wasserstoff
Wasserstoff kann als kohlenstofffreier Brennstoff für die Stromerzeugung verwendet werden. Überschüssiger Strom kann zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden, der gespeichert und später in Brennstoffzellen, Motoren oder Gasturbinen zur Stromerzeugung ohne schädliche Emissionen verwendet werden kann. Das NREL hat das Potenzial für die Erzeugung von Wasserstoff aus Windenergie und dessen Speicherung in den Türmen von Windturbinen für die Stromerzeugung bei Windstille untersucht.
Pumpwasserspeicherung
Pumpwasserspeicherung bietet eine Möglichkeit, Energie auf der Übertragungsstufe des Netzes zu speichern, indem überschüssige Erzeugung für eine spätere Verwendung gespeichert wird.
Viele Wasserkraftwerke verfügen über zwei Stauseen in unterschiedlichen Höhenlagen. Diese Anlagen speichern Energie, indem sie Wasser in den oberen Stausee pumpen, wenn das Angebot die Nachfrage übersteigt. Wenn die Nachfrage das Angebot übersteigt, wird das Wasser über Turbinen in das untere Reservoir geleitet, um Strom zu erzeugen.
Mit einer installierten Kapazität von mehr als 22 GW in den Vereinigten Staaten sind Pumpspeicherkraftwerke das größte heute betriebene Speichersystem. Die langen Genehmigungsverfahren und die hohen Kosten der Pumpspeicherung machen jedoch weitere Projekte unwahrscheinlich.
Schwungräder
Schwungräder können dem Netz auf der Übertragungs- oder Verteilungsebene eine Reihe von Vorteilen bieten, indem sie Strom in Form einer sich drehenden Masse speichern.
Das Gerät hat die Form eines Zylinders und enthält einen großen Rotor im Inneren eines Vakuums. Wenn das Schwungrad Strom aus dem Netz bezieht, beschleunigt der Rotor auf sehr hohe Geschwindigkeiten und speichert den Strom als Rotationsenergie. Um die gespeicherte Energie zu entladen, schaltet der Rotor in den Erzeugungsmodus, wird langsamer und läuft mit Trägheitsenergie, so dass der Strom wieder in das Netz eingespeist wird.
Schwungräder haben in der Regel eine lange Lebensdauer und erfordern wenig Wartung. Die Geräte haben außerdem einen hohen Wirkungsgrad und schnelle Reaktionszeiten. Da sie fast überall aufgestellt werden können, können Schwungräder in der Nähe der Verbraucher platziert werden und Strom für die Verteilung speichern.
Während ein einzelnes Schwungrad eine typische Kapazität in der Größenordnung von Kilowatt hat, können viele Schwungräder in einer „Schwungradfarm“ zusammengeschaltet werden, um eine Speichereinrichtung in der Größenordnung von Megawatt zu schaffen. Die Stephentown Flywheel Energy Storage Plant von Beacon Power in New York ist mit einer Betriebskapazität von 20 MW die größte Schwungradanlage in den Vereinigten Staaten.
Batterien
Batterien, wie die einer Taschenlampe oder eines Mobiltelefons, können ebenfalls zur Energiespeicherung in großem Maßstab verwendet werden.
Batterien können wie Schwungräder überall platziert werden, so dass sie oft als Speicher für die Verteilung gesehen werden, wenn eine Batterieanlage in der Nähe der Verbraucher platziert wird, um die Stabilität der Stromversorgung zu gewährleisten, oder für den Endverbrauch, wie Batterien in Elektrofahrzeugen.
Es gibt viele verschiedene Arten von Batterien, die ein großes Energiespeicherpotenzial haben, darunter Natrium-Schwefel-, Metall-Luft-, Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien. Es gibt mehrere Batterieinstallationen in Windparks, darunter das Notrees Wind Storage Demonstration Project in Texas, das eine 36-MW-Batterieanlage einsetzt, um die Stabilität der Stromversorgung zu gewährleisten, auch wenn der Wind nicht weht.
Fortschritte in der Batterietechnologie wurden vor allem durch die expandierende Elektrofahrzeugindustrie erzielt. Mit weiteren Entwicklungen bei Elektrofahrzeugen dürften die Batteriekosten weiter sinken. Elektrofahrzeuge könnten auch einen Einfluss auf die Energiespeicherung durch Vehicle-to-Grid-Technologien haben, bei denen ihre Batterien an das Stromnetz angeschlossen werden und Strom für andere Nutzer abgeben können.