Energiespeicher sind der Effizienzschlüssel
Die Energiewende zu den Erneuerbaren kann nur mit Energiespeichern gelingen.
Ob es sich um Wärme, Licht, Bewegung oder um Strom zu allen möglichen Zwecken handelt. Nur wenn die Schwankungen in der Verfügbarkeit von Energie aus erneuerbaren Quellen und die Schwankungen in der Verwendung von Energie für alle möglichen Zwecke in Deckung gebracht werden können, funktioniert das Gesamtsystem.
Mit fossilen Energien war das einfach. Fossile Energieträger sind Energiespeicher. In der Erde, auf Schiffen und LKW, in Tanks, Druckleitungen oder auf Halde – riesige Energiemengen liegen in fossilen Energiespeichern. Die Heizungsanlage oder das Kraftwerk verbrannte die Energieträger ungefähr dann, wenn die Energie auch gebraucht wurde.
Die träge Masse eines Windrotors ist klein im Verhältnis zu der Last, die daran hängt, eine PV-Anlage hat überhaupt keine verzögerungswirksame Speichermasse. Daher müssen Speicher her, die den Prozess umkehren. Statt dann aus fossilen Energieträgern die chemisch gebundene Energie bei Bedarf freizusetzen ist nun die Aufgabe, Überschüsse an elektrischer Energie chemisch zu binden – um sie wiederum bei Bedarf freizusetzen. Die Speicherung von Strom aus PV-Anlagen wird öffentlich gefördert. Zu der ab März wieder aufgelebten Förderung von PV-Speichern hat Andreas Kühl auf energynet.de gerade einen Beitrag veröffentlicht.
Aber nicht nur elektrischer Strom muss gespeichert werden. Auch Wärme ist nicht immer passgenau dann vorhanden, wenn sie gebraucht wird. Im Beitrag von Frank Urbansky auf EnWiPo wird schön gezeigt, wie zwischen sommerlicher Kühllast und winterlicher Heizlast ein Fundamentspeicher zum Ausgleich gelegt werden kann. Wie im Einzelnen solche Energiespeicher ausgeformt werden, ist jedes mal vom Planer neu zu ermitteln. Aufgabe, Kapazität und Umgebungsbedingungen unterscheiden sich von Objekt zu Objekt und auch der Standort ist zu berücksichtigen. In Urbanskys Beispiel ist ein Objekt in Berlin gezeigt. Berlin ist auf Sand gebaut. Ein anderer als ein Fundamentspeicher wäre als solider Speicher kaum realisierbar.
In Wuppertal kämen vielleicht Erdwärmesonden zum Einsatz, weil im Ton-/Schluffgestein mit wenig Wassermigration und guter Wärmespeichereigenschaft die Tiefe praktischer ist als die Fläche. Auch Eisspeicher sind eine interessante Lösung. Im Winter wird per Wärmepumpe dem Speicher aus Wasser so viel Wärme entnommen, dass dies einfriert und somit auch die Schmelzwärme dem Hausheizsystem zur Verfügung steht. Im Sommer wird genau dieses Eis als Wärmesenke für Kühlzwecke genutzt, so dass ohne Wärmepumpe gearbeitet werden kann. Im weiteren Verlauf des Sommers wird in Solarkollektoren eingefangene Wärme zur weiteren Erwärmung des Speichers genutzt. Es ist unmittelbar einsichtig, dass solche Systeme genauester Planung und Simulation bedürfen, um optimal zu funktionieren.
Regelung von Energiespeichern
Die Planung umfasst dabei mehr als nur die Auslegung von Wärmequelle, Speicher und Wärmesenken. Der wesentliche Dreh- und Angelpunkt für das Funktionieren ist eine angemessene Regelung. Die Unstetigkeit in der Verfügbarkeit von Energie aus natürlichen Quellen wie Sonne und Wind, bedeutet dass selten auf eine Ergänzung aus anderen Quellen verzichtet werden kann. Ein Spitzenlastkessel steht bereit, um bei Fehlen solarer Wärme den Speicherinhalt zu erwärmen. Wenn aber eine halbe Stunde nachdem der Kessel aus fossiler Energie Wärme in den Heizungsspeicher geliefert hat die Sonne scheint, dann wäre eventuell keine Kapazität mehr frei, um diese Energiemengen aufzunehmen.
Vorrangschaltungen sind zu installieren, die jedenfalls immer die Erneuerbaren bevorzugen. Aber auch Optimierungsrechnungen unter Berücksichtigung von Standardwerten oder Wettervorhersagen werden ausgeführt. Genauso kann für die Verbrauchsseite optimiert werden. Eine Waschmaschine darf dann nur tagsüber betrieben werden, wenn der eigene Strom reichlich vorhanden ist. Genauso kann eine Tag-/Nacht-Optimierung für die Wärmepumpe erfolgen. Tags, wenn der PV-Strom verfügbar ist, arbeitet die Wärmepumpe, obwohl gar keine Wärmeanforderung besteht, und liefert in den Wärmespeicher, der nachts abgerufen werden kann. Aber nur, wenn die Nacht auch kalt ist – oder abends jemand duschen möchte.
Viele Wenns und Danns müssen für eine gelingende Regelung selbst auf der Ebene eines Einfamilienhauses berücksichtigt werden, um die Erneuerbaren optimal nutzen zu können. Dafür gibt es zwar bereits Standardregler, aber keine Standardprogrammierung, weil jedes Haus anders ist. Genau wie seine Bewohner!
Bildnachweise:
Gaskesselanlage, Foto: O.Matthaei 2016
Schichtenspeicher, Foto: O.Matthaei 2015
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Artikel vom 10.11.2014: Stromspeicher statt Stromtrassen
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Fachbeitrag: Energiespeicher – Der Drehpunkt für Energie-effiziente Systeme
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