Energiespeicher sind Komponenten, Systeme oder Anlagen, die Energie aufnehmen, über einen Zeitraum vorhalten und bei Bedarf wieder abgeben. Für Stromnetze ist vor allem die Rückgabe als elektrische Energie relevant.
Aufgabe im Energiesystem
Erzeugung und Verbrauch elektrischer Energie müssen fortlaufend ausgeglichen werden. Speicher können Energieüberschüsse aufnehmen und bei erhöhtem Bedarf wieder bereitstellen. Dadurch helfen sie, kurzzeitige Leistungsspitzen ebenso wie länger anhaltende Schwankungen zu überbrücken.
Der Oberbegriff umfasst unterschiedliche Speicherprinzipien. Energie kann mechanisch, elektrochemisch, elektrisch, thermisch oder chemisch gespeichert werden. Jedes Verfahren besitzt eigene Eigenschaften bei Leistung, Kapazität, Reaktionszeit und Speicherdauer.
Arten von Energiespeichern
Mechanische Speicher
Sie speichern potenzielle oder kinetische Energie. Dazu gehören Pumpspeicher, Druckluftspeicher und Schwungmassenspeicher.
Elektrochemische Speicher
Batterien und Akkumulatoren wandeln chemische und elektrische Energie beim Laden und Entladen ineinander um.
Elektrische Speicher
Superkondensatoren, Doppelschichtkondensatoren und supraleitende magnetische Speicher halten Energie in elektrischen oder magnetischen Feldern vor.
Thermische und chemische Speicher
Wärme- und Kältespeicher halten thermische Energie bereit. Chemische Energieträger können Energie längerfristig speichern und später technisch nutzbar machen.
Elektrochemische Speicher
Bei elektrochemischen Speichern laufen reversible chemische Prozesse ab. Zu dieser großen Gruppe zählen unter anderem Lithium-Ionen-Akkus, Natrium-Schwefel-Akkus, Bleiakkus und Redox-Flow-Batterien.
Je nach Größenordnung lassen sich Zellen zu einer Batteriebank verbinden. Anwendungen reichen von einer tragbaren Powerbank über Heimspeicher bis zu größeren Quartierspeichern.
Reaktionszeit und Speicherdauer
Speicher lassen sich nach ihrer Reaktionszeit und der möglichen Entladedauer klassifizieren. Elektrische Speicher können typischerweise besonders schnell reagieren und eignen sich deshalb für sehr kurze Leistungsschwankungen. Batteriesysteme decken je nach Auslegung kürzere bis mittlere Zeiträume ab. Mechanische, thermische oder chemische Systeme können für längere Speicheraufgaben ausgelegt sein.
Die Kategorien überschneiden sich: Ausschlaggebend ist nicht allein das physikalische Prinzip, sondern die konkrete Dimensionierung des Systems, seine Betriebsweise und die angeschlossene Leistungselektronik.
Wichtige Kennwerte
- EnergiedichteBeschreibt die speicherbare Energiemenge bezogen auf Masse oder Volumen.
- LeistungsdichteGibt an, wie viel Leistung ein Speicher bezogen auf Masse oder Volumen bereitstellen kann.
- Lade- und EntladezeitBestimmt, wie schnell Energie aufgenommen und über welchen Zeitraum sie abgegeben werden kann.
- WirkungsgradSetzt die entnehmbare Energie ins Verhältnis zur zuvor eingespeicherten Energie.
- ReaktionszeitBezeichnet die Zeit zwischen Anforderung und wirksamer Leistungsabgabe.
Ein Kondensator stellt Energie sehr schnell bereit, speichert bezogen auf seine Masse jedoch vergleichsweise wenig. Akkumulatoren bieten ein anderes Verhältnis aus Energie und Leistung. Die passende Technik hängt daher von der Aufgabe ab und kann nicht anhand eines einzelnen Kennwerts ausgewählt werden.
Abgrenzung zur Energieumwandlung
Ein Speicher hält Energie zeitversetzt verfügbar. Anlagen wie eine Brennstoffzelle wandeln dagegen die in einem Energieträger enthaltene chemische Energie in elektrische Energie um. In einem vollständigen Speichersystem können Speicher, Umwandler, Steuerung und Netzanschluss dennoch gemeinsam auftreten.