Erneuerbare Energien, Elektromobilität, Netzüberlastung – im Internet werden diese Schlagworte gerne in einem Atemzug genannt. Die Sorge über ein Stromnetz, das mit Energie aus Wind und Sonne und den hohen Ladeleistungen moderner E-Autos zusammenbricht, ist groß. Für uns ein Anlass, um Aufklärung zu leisten, denn Netzbetreiber arbeiten u.a. mit der Integration von Stromspeichern längst an der Infrastruktur der Zukunft.
In unserem neuen Blogbeitrag klären wir, wie ein Batteriespeicher funktioniert, welche Vorteile das für E-Autofahrer hat und, ob der Einbezug von Batteriespeichern in der Praxis schon erprobt wurde.
Übrigens: In unserem Artikel zur Netzauslastung werfen zwei Expert*innen einen allgemeineren Blick aufs Thema.
Inhaltsverzeichnis
Warum müssen wir Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher unterscheiden?
In der Debatte um Erneuerbare Energien und ihre ungleichmäßige Stromerzeugung wird häufig nicht zwischen den verschiedenen Speicherarten unterschieden. Dabei ist dieses Verständnis entscheidend: Währenddessen Kurzzeitspeicher dafür sorgen, dass Strom aus dem Netz nur zwischengespeichert wird, bspw. als Ergänzung einer privaten Photovoltaikanlage, sind Langzeitspeicher tatsächlich dafür gedacht, saisonale Unterschiede, zum Beispiel wenn es um Sonnenenergie geht, auszugleichen.
| Kurzzeitspeicher | Langzeitspeicher | |
|---|---|---|
|
Einsatzzweck |
|
|
|
Speicherkapazitäten |
|
|
|
Technologie |
|
|
Die derzeit einzige wirtschaftlich nutzbare Technologie für Langzeitspeicher sind Pumpspeicherkraftwerke. Dabei wird zunächst aufgestautes Wasser abgelassen und so eine Turbine zur Stromerzeugung angetrieben. Bei Stromüberschuss wird die Energie genutzt, um das Staubecken wieder aufzufüllen und die Energie in Form von Wasser zu speichern. Bei Kurzzeitspeichern haben sich v.a. Batteriespeicher etabliert.
Wo kommen Kurzzeitspeicher zum Einsatz?
Kurzzeitspeicher entfalten ihre Stärke vor allem in lokalen Einsatzgebieten. Sie nehmen in kurzer Zeit große Mengen Strom auf – und geben ihn wieder ab. Unter dem Begriff Kurzzeitspeicher werden deshalb auch verschiedene Arten und Szenarien der Anwendung zusammengefasst:
- Vehicle-to-Grid: Das Nutzen der Batteriekapazitäten angeschlossener E-Autos als Zwischenspeicher und die bedarfsorientierte Abgabe zurück ins Stromnetz
- Heimspeicher: Kleine Kurzzeitspeicher mit oft nicht mehr als 6 Kilowattstunden Speicherkapazität, um Spitzen von Photovoltaikanlagen für die spätere Nutzung zu sichern
- Ladeinfrastrukturspeicher: Kurzzeitspeicher mit höheren Kapazitäten, die als Pufferspeicher zwischen Ladesäulen und Stromnetz fungieren
Für das Stromnetz und die Verbesserung der Netzauslastung wird der letzten Variante kurzzeitiger Batteriespeicher aktuell die größte Bedeutung beigemessen. In der Praxis getestete Anlagen haben bereits bewiesen, dass die Netzlast so effizienter reguliert werden kann. Aber dazu mehr in einem späteren Absatz.
Wie funktioniert ein Batteriespeicher?
Viele kurzzeitige Batteriespeicher (auch: Stromspeicher, Energiespeicher), die aktuell in privaten und öffentlichen Anlagen zum Einsatz kommen, sind Lithium-Ionen-Batterien und damit technisch im Wesentlichen das Gleiche wie die Batterien in Smartphones oder E-Autos. Diese Technologie wurde in den vergangenen Jahren enorm weiterentwickelt, was dafür gesorgt hat, dass mehr Kapazität auf weniger Fläche Platz findet. Ein aktuelles Beispiel dafür ist die ChargeBox von Ads Tec, die wir Ihnen später im Artikel vorstellen.
Speicherkapazität auf Lithium-Ionen-Basis ist deshalb auch billiger geworden – um über 90 Prozent in den vergangenen 10 Jahren. Diese Kostensenkung hat es erst attraktiv gemacht, Batterien nicht nur in Smartphones und E-Autos, sondern auch als Kurzzeitspeicher für die Netzlastverteilung zu nutzen.
Dabei fungieren sie wie eine Art „Toiletten-Spülung im Stromnetz“, wie der Gerätehersteller me energy es selbst beschreibt.
"Der Ausdruck mag auf den ersten Blick etwas weit hergeholt sein, aber genau so funktionieren die Batteriespeicher. Der aufgebaute Leistungspuffer in der Batterie der Ladestation ermöglicht es, mehr Leistung als der Anschluss eigentlich hergibt, an das Fahrzeug weiterzugeben. Ist der Ladevorgang beendet, fließt neuer Strom aus dem Netz oder über Photovoltaikanlagen wieder langsam in den Pufferspeicher und füllt diesen bis zum nächsten Ladevorgang auf."
Wenn also gerade kein Fahrzeug geladen wird, lädt der Energiespeicher seine Kapazitäten auf. Das bedeutet, dass wenn die Leistung durch das Laden des E-Autos benötigt wird, sie auch schneller zur Verfügung steht und nicht durch die Netzlast gedrosselt wird – zumindest so lange, bis der Stromspeicher leer ist.
Welche Vorteile hat ein Energiespeicher für die Ladeinfrastruktur?
Lokale Kurzzeitspeicher haben für E-Autofahrer und die Netzbetreiber enorme Vorteile. Fahrer von E-Fahrzeugen profitieren insbesondere vom schnelleren Laden durch das „Puffern“ der Kapazität vor dem eigentlichen Ladevorgang. Vor allem in Regionen mit schwächerer Netzinfrastruktur könnten solche Energiespeicher eine kleine Revolution für die Elektromobilität sein. Ohne großen Netzausbau ist es so möglich, Ladestationen an Orten aufzubauen, die bisher nicht dafür infrage kamen. Allerdings nur für eine geringere Frequenz an Ladevorgängen pro Tag, da sich der Kurzzeitspeicher zwischendurch wieder aufladen muss.
Zugleich stellt der Energiespeicher für den Netzbetreiber eine Möglichkeit zur Lastkontrolle dar. Wenn mehrere Fahrzeuge im selben Moment laden, gleicht ein Batteriespeicher die direkte Last aus, in dem dieser zunächst auf seine eigene Kapazität zugreift. Zwischen zwei Ladevorgängen kann der Stromspeicher dann wieder mit weniger Leistung (rund 60 Prozent) aufgefüllt werden.
Batteriespeicher in Verbindung mit Ladeinfrastruktur sind also praktische Stellschrauben, um die Netzauslastung zu steuern. Sie haben nichts direkt mit dem Speichern oder Einsetzen von Erneuerbaren Energien zu tun, können jedoch dabei helfen, dadurch entstehende Überlasten auszugleichen.
Hat ein Stromspeicher auch Nachteile?
Stromspeicher sind leider nicht das alleinige Allheilmittel, mit dem Netzbetreiber die Herausforderungen der Energiewende bewältigen können. Sie sind jedoch ein wichtiges Werkzeug, das – wie alles – auch Nachteile und Herausforderungen mitbringt.
- Überschaubare Kapazitäten: Nur wenige Ladevorgänge können zwischengespeichert werden. Ist die Kapazität des Energiespeichers erschöpft, laden E-Autofahrer wieder direkt aus dem Netz – also langsamer.
- Platzeinsatz: Wenn neben der Ladeinfrastruktur noch ein Batteriespeicher installiert wird, braucht das Raum – der nicht immer zur Verfügung steht.
- Baumaßnahmen und Genehmigungen: Je nach Größe des Stromspeichers muss zum Beispiel ein Fundament errichtet werden.
- Energieverluste: Beim Zwischenspeichern geht ein Teil der Leistung verloren, was einen Energiespeicher weniger effizient und den Strom indirekt etwas teurer macht.
- Hohe Kosten: Ein zusätzlicher Speicher ist mit hohen Investitionskosten verbunden, die sich nicht immer lohnen. Die Kosten des Speichers müssen daher den Kosten eines Netzausbaus gegenübergestellt werden.
Ein Batteriespeicher für die Ladeinfrastruktur ist also nicht an jedem Standort sinnvoll. Um zu ermitteln, wie sie bestmöglich helfen können, die Netzauslastung besser zu steuern, wird aktuell geforscht.
Sind Batteriespeicher bereits in der Praxis im Einsatz?
SachsenEnergie betreibt in Dresden selbst Stromspeicher in Verbindung mit Ladeinfrastruktur. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI und der Technischen Universität Dresden haben im März 2021 den MOBIpunkt Fetscherplatz einem Stresstest unterzogen. Dort verbaut ist ein 240 kWh großer Batteriespeicher, der mit gleich drei schnellladefähigen E-Autos belastet wurde. Innerhalb von 45 Minuten waren die Fahrzeuge vollgeladen. Diese hohen Lastspitzen können lokal zur Herausforderung führen – und wurden durch den Stromspeicher mit Erfolg abgefedert.
Die Untersuchung fand im Rahmen des EU-geförderten Projekts „MAtchUP“ statt, das die konkreten Herausforderungen und Lösungen einer „Smart City“ untersucht.
„Unsere installierte Schnellladeinfrastruktur wird über zwei Wege versorgt – unserem Niederspannungsnetz sowie bei Spitzenbedarf zusätzlich aus unserem leistungsfähigen Batteriespeicher. Auf diese Weise wird das Stromnetz entlastet, denn der Batteriespeicher kann zu einem späteren Zeitpunkt nachgeladen werden. Im Rahmen des Tests haben wir das Zusammenspiel des Systems, bestehend aus Netz, Speicher, Ladepunkt und Elektro-Fahrzeug untersucht. Damit können wir künftig genauere Lastprofile und Lastprognosen erstellen, um eine gezielte Steuerung des Netzbezugs während der Ladevorgänge zu ermöglichen.“
Wie sieht die Zukunft von Energiespeichern für Ladeinfrastruktur aus?
Energiespeicher werden ein wichtiger Baustein öffentlicher Ladeinfrastruktur sein. Die wichtigsten Kennwerte der Stromspeicher bilden dabei ihre Kapazitäten und ihre Lade- und Entladefähigkeit. Die prämierte ChargeBox von adstec Energy gilt dabei als neue Benchmark.
Das für den Zukunftspreis des Bundespräsidenten nominierte Produkt stellt bis zu 320 kW Ladeleistung zur Verfügung. Das Modell ist damit nicht nur für heute übliche E-Autos kompatibel, sondern auch zukünftige superschnellladefähige E-Fahrzeuge. Zugleich benötigt die ChargeBox nur 15 Prozent der Fläche vergleichbarer Schnellladesysteme mit einer angeschlossenen Mittelspannungsanlage. An ein Gerät können bis zu zwei Schnellladesäulen mit 160 kW Leistung angeschlossen werden, somit ist auch eine Erweiterung, bspw. in Wohngebieten, kein Problem. Der ruhige Betrieb stört dabei auch die Nachbarn nicht.
Fazit: Stromspeicher ergänzen die öffentliche Ladeinfrastruktur sinnvoll
Die Verbindung aus Energiespeicher und Ladeinfrastruktur ist ein wesentlicher Baustein für die Stromnetze der Zukunft. Als Kurzzeitspeicher sind sie schon heute ein echtes Plus für E-Autofahrer. Zudem bieten sie großes Potenzial für den Ausbau der Ladeinfrastruktur in strukturschwächeren Regionen. Netzbetreiber haben zugleich ein wichtiges Steuerungsinstrument, um Netzüberlastungen zu vermeiden.
Sie möchten mehr Netzthemen lesen oder interessieren sich für technische Aspekte von Ladeinfrastruktur? Oder haben Sie einfach Fragen zu unserem Artikel? Schreiben Sie uns gerne an !
