Wenn von Batteriespeichern für erneuerbare Energien gesprochen wird, geht es häufig um Systeme, die Solarstrom vom Mittag in den Abend verschieben. Doch ein Stromsystem mit viel Wind und Sonne hat auch längere Lücken: windarme Nächte, mehrtägige Wetterlagen oder Ausfälle wichtiger Erzeuger.
Hier setzt Long-Duration Energy Storage an. Das US-Energieministerium definiert Langzeitspeicher als Systeme, die mindestens zehn Stunden lang Strom liefern können. Einige neue Projekte zielen auf 24, 72 oder sogar 100 Stunden.
Warum vier Stunden etwas anderes sind als vier Tage
Heute dominieren Lithium-Ionen-Batterien den Markt für neue Batteriespeicher. Sie sind effizient, schnell regelbar und durch die Massenproduktion stark günstiger geworden. Viele Netzspeicher sind jedoch auf zwei bis vier Stunden Entladedauer ausgelegt.
Für längere Zeiträume ändert sich die Kostenlogik. Bei Lithium-Systemen wächst die benötigte Zellmenge mit jeder zusätzlichen Stunde. Technologien, bei denen Leistung und gespeicherte Energiemenge stärker getrennt skaliert werden können, gewinnen deshalb an Interesse.
Eisen-Luft-Batterien: Energie aus einer kontrollierten Rostreaktion
Eine der untersuchten Technologien ist die Eisen-Luft-Batterie. Vereinfacht nutzt sie reversible chemische Reaktionen zwischen Eisen und Sauerstoff. Beim Entladen oxidiert Eisen; beim Laden wird die Reaktion mit elektrischer Energie umgekehrt.
Der Vorteil liegt im Speichermaterial: Eisen ist verbreitet und vergleichsweise günstig. Der Nachteil ist, dass solche Systeme nicht dieselbe Effizienz und Leistungsdichte wie Lithium-Ionen-Batterien erreichen müssen, weil ihr Einsatzgebiet ein anderes ist – lange, seltenere Entladungen statt schneller täglicher Zyklen.
300 Megawatt Leistung, 30 Gigawattstunden Energie
Wie groß solche Systeme werden können, zeigt ein im Februar angekündigtes Projekt von Google und Xcel Energy in Minnesota. Geplant ist eine Eisen-Luft-Anlage mit 300 Megawatt Leistung und 30 Gigawattstunden Speicherkapazität.
Das Verhältnis entspricht einer Entladedauer von rund 100 Stunden bei Nennleistung. Xcel bezeichnet das Projekt als bislang größtes angekündigtes Batterieprojekt nach Energiemenge. Es soll Teil des Strompakets für ein neues Google-Rechenzentrum werden.
Warum ausgerechnet KI den Speicher-Markt anschiebt
Große Rechenzentren erzeugen neue, sehr hohe und möglichst kontinuierliche Stromnachfrage. Netzanschlüsse und neue Kraftwerke lassen sich jedoch nicht beliebig schnell bauen. Speicher können dabei helfen, Lastspitzen zu glätten, neue Erzeugung besser auszunutzen und bei Engpässen zusätzliche Leistung bereitzustellen.
Das ist ein ungewöhnlicher Effekt des KI-Booms: Ein zusätzlicher Stromverbraucher kann den wirtschaftlichen Anreiz erhöhen, Technologien zu finanzieren, die zuvor vor allem als zukünftige Ergänzung erneuerbarer Stromsysteme galten.
Flow-Batterien, Wärme und andere Wege
Langzeitspeicher sind keine einzelne Batteriechemie. Das US-Energieministerium testet unter anderem Flow-Batterien, Zink-Systeme, thermische Speicher und Kombinationen mit Wasserstoff. Demonstrationsprogramme unterscheiden Systeme mit mehr als zehn Stunden von Technologien, die 24 Stunden oder länger liefern können.
Welche Technologie sich durchsetzt, hängt vom Einsatzfall ab. Manche Systeme sind effizienter, andere billiger pro gespeicherter Kilowattstunde, langlebiger, sicherer oder leichter an einem bestimmten Standort zu bauen.
Noch kein Ersatz für alle anderen Speicher
Langzeitspeicher werden Lithium-Ionen-Batterien nicht einfach verdrängen. Für schnelle Netzregelung und tägliches Verschieben von Solarstrom sind etablierte Batterien sehr gut geeignet. LDES soll vielmehr eine andere Lücke schließen.
Die interessante Entwicklung besteht deshalb nicht in der Suche nach „der besten Batterie“. Ein zukünftiges Stromsystem könnte verschiedene Speicher nebeneinander einsetzen – Minuten, Stunden, Tage und saisonale Zeiträume jeweils mit anderen Technologien.