Fahren mit Wind und Sonne
Hannover, 2. Juni 2008 – In der Diskussion um Elektroautos kann bisher keiner die Frage beantworten, wo der Strom herkommen soll, wenn die Straße millionenfach von Plug-in-Hybriden und reinen Elektrofahrzeugen bevölkert wird. Die Vorstellung, für die Stromerzeugung im großen Stile Kohle- oder Atomkraftwerke einzusetzen, dürfte außer Kraftwerksbetreibern wenigen Freude bereiten. Andererseits leidet die Erzeugung von regenerativen Energien bisher darunter, dass sich vor allem Sonne und Wind wenig darum scheren, wann wir Energie benötigen.
Planbare Wind- und Sonnenenergie
Für eine stärkere Nutzung von Wind- oder Sonnenenergie ist es daher notwendig, das Stromversorgungsnetz flexibler zu machen, um Energiebedarfsspitzen und -flauten besser ausgleichen zu können. Nur so lässt sich regenerative Energie auf Dauer sinnvoll nutzen. Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energiesysteme (UMSICHT [1]) will daher neue Energiespeicher erforschen, die ins Netz integriert werden könnten, um Spitzen besser abzufangen. Die Lieferung von Wind- und Sonnenenergie soll zukünftig ebenso planbar sein wie die Energie aus konventionellen Kraftwerken.
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Schattenkraftwerke reduzieren
Derzeit arbeiten die Forscher beispielsweise an Kurzzeitspeichern für schnelle Lastspitzen, an Langzeitspeichern und am Energiemanagement, sagt Dr. Christian Dötsch, Leiter des Geschäftsfelds Energiesysteme von UMSICHT in Oberhausen. Mithilfe neuer Techniken will man beispielsweise auch die Anzahl der kostspieligen „Schattenkraftwerke“ reduzieren, die notwendig sind, um die unregelmäßige Energielieferung von Windkraft und Solarenergie auszugleichen. Schattenkraftwerke sind Kraftwerke, die die meiste Zeit des Jahres nur in Bereitschaft stehen.
Zum Speichern überschüssiger Energie bedient man sich bisher vor allem konventioneller Pumpspeicherwerke, die Wasser in hoch gelegene Reservoirs pumpen. Bei Bedarf fließ das Wasser dann wieder abwärts und treibt dabei Turbinen an. Auch Druckluftspeicher sind ein geeignetes Verfahren, dabei wird Luft komprimiert und in unterirdischen Kavernen gespeichert. Dabei gibt es auch Bestrebungen, diese Technik für kleinere Leistungen in dezentralen Mini-Druckluftspeichern umzusetzen. Diese können dann zum Beispiel in der Nähe von Windparks installiert werden und dort Leistungsschwankungen ausgleichen.
Fahren mit Wind und Sonne
Redox-Flow- und Lithium-Batterien
Doch die eigentlichen Forschungsschwerpunkte sind zwei Techniken, die bisher nicht für große Leistungen genutzt wurden: Redoxflow [4]- und Lithium-Batterien. Mit Redox-Flow-Batterien lässt sich Energie über Stunden oder Tage in großer Menge speichern. Sie bestehen aus zwei flüssigen Elektrolyten, die in Tanks lagern. Die Umwandlung in Strom erfolgt in einem Stack, der dem Aufbau einer Brennstoffzelle ähnelt. Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, die Leistung dieser Technik zu erhöhen und die effizienter und kostengünstiger zu machen.
Elektrofahrzeuge im Netz
Für kleine Einspeiser in netzfernen Gebieten, zum Beispiel Solarmodule auf Hausdächern, könnte man die heute üblichen Bleibatterien durch Lithium-Batterien ersetzen, wie sie in Fahrzeugen eingesetzt werden sollen. Da stellt sich natürlich die Frage, ob man nicht die Elektroautos selbst als „Strompuffer [5]“ verwenden könnte. Doch dieses Szenario ist laut Christian Dötsch nicht sehr wahrscheinlich, da man die Antriebsbatterien durch zusätzliche Lade- und Entladezyklen belasten und so ihre Lebensdauer verkürzen würde. Allenfalls sei denkbar, auf diese Weise kritische Lastspitzen abzusichern, also im Grunde Notfälle, in denen das Netz zusammenzubrechen droht.
Realistisch ist dagegen ein drittes Szenario: Erfahrungen haben gezeigt, dass es typische „Stromverbrauchsspitzen“ gibt, so etwa der späte Vormittag und der frühe Nachmittag. Es wäre also denkbar, die Ladezeitpunkte von Antriebsbatterien vom Netz steuern zu lassen – nicht vom Fahrzeug. Das wird natürlich nicht immer funktionieren, denn wer plant schon seine Fahrten nach der Auslastung des Stromnetzes. Doch in Anbetracht der langen Standzeiten von Autos könnte zumindest ein Teil des Fahrzeugbestands dazu beitragen, das Stromnetz gleichmäßiger auszulasten. Sobald Akkus erhältlich sein sollten, die gegen Lade- und Entladezyklen über ihre Lebensdauer weitgehend unempfindlich sind, wird die scheinbare Utopie realistisch – Autos könnten tatsächlich ein integrierter Bestandteil des Stromnetzes werden. (ggo [6])
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[4] http://www.isea.rwth-aachen.de/isea2/forschung/batterien/technologie.php?site=tec_redox.php
[5] http://www.unendlich-viel-energie.de/de/strom/detailansicht/article/164/mein-auto-ist-ein-stausee-wie-mit-elektrofahrzeugen-strom-gespeichert-wird.html
[6] mailto:ggo@heise.de
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