Elektromechnische Energiespeicher
Druckluftspeicher
Mit Hilfe von überschüssiger Energie und eines Kompressors wird Luft komprimiert und eingelagert. Bei Bedarf wird dieses komprimierte Gas einer Turbine zugeleitet und somit wieder elektrischer Strom erzeugt. Aufgrund von Wärmeenergieverlusten fällt der Wirkungsgrad jedoch gering aus und beläuft sich derzeit auf ca. 55 %. Forschungsvorhaben gehen jedoch in die Richtung, Wärmeverluste aufzufangen und dem späteren Prozess der Expansion wieder zuzuführen. Aufgrund der geringen Energiedichte des Druckfensters von 5 bis 200 bar, ist ein großes Speichervolumen nötig. Für die Lagerung werden daher unterirdische Hohlräume wie alte Kavernen oder Salzstöcke diskutiert und bereits umgesetzt.
Schwungräder
Bei Schwungrädern wird die kinetische Energie einer rotierenden Masse als Energiespeicher genutzt. Die Höhe an eingespeicherter Energiemenge hängt dabei von der Dimensionierung der Masse und der Rotationsgeschwindigkeit ab. Festigkeitswerte der Werkstoffe verhindern jedoch eine grenzenlose Dimensionierung beider Parameter. Neben den mechanischen Begrenzungen haben Schwungräder bis auf die Auslegung des Motors, des Generators und der Elektronik keine weiteren Einschränkungen. Aufgrund ihrer hohen Ladezyklen (> 1 Mio.) und ihrer relativ hohen Energieaufnahme eigenen sie sich gut für den Einsatz im Regelleistungsbereich. Der Nachteil dieser Technologie ist jedoch die hohe Selbstentladung. Zwar bestehen Möglichkeiten mit Hilfe von supraleitenden Magnetlagern und einer Luftevakuierung des Rotorbereichs den Widerstand zu verringern, jedoch kommen Schwungräder in den meisten Fällen nach einem Tag zum Stillstand. Zyklen, die sich jedoch innerhalb weniger Minuten befinden, sind von der hohen Selbstentladungsrate relativ unbetroffen.
Pumpspeicherkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke gelten als eines von mehreren Grundpfeilern des deutschen Energienetzes, die dabei ihrer über Jahrzehnte hinweg klassischen Aufgabe der Energieveredelung nachkommen, d.h. in den meisten Fällen nachts den Speicher zu füllen und tagsüber zu entleeren. Mit Hilfe von elektrischen Pumpen wird Wasser auf ein höheres Niveau gepumpt und gelagert, also elektrische in potentielle Energie umgewandelt. Bei Bedarf strömt das Wasser über Turbinen talwärts und erzeugt dadurch Strom. Der Gewinn der Anlage bemisst sich in diesem Falle aus dem kostengünstigen Einkauf und dem hochpreisigen Verkaufen eines Zyklus.
Hauptmerkmale einer Pumpspeicheranlage sind in erster Linie die Gesamtkapazität und die unter Volllast erreichbare Leistung, die sie im Schnitt für 6 bis 8 Stunden erbringen können. Sie werden durch spezifische Koeffizienten wie der Fallhöhe, dem Fassungsvermögen des Oberbeckens, der Pump- und Turbinengröße und den Wirkungsgraden der Anlagenkomponenten charakterisiert. Der Gesamtwirkungsgrad definiert das Verhältnis aus Energieeinspeisung und -rückgewinnung und liegt durchschnittlich zwischen 75 und 83 %. Dabei werden neuerdings zwei Anlagentypen unterschieden. Zum einen die klassische Trennung von Pumpe und Turbine in unterschiedlichen Anlagen und der kombinierten Variante in Form von Pumpturbinen. Mittlerweile sind Pumpturbinen hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades der klassische Bauweise ebenwürdig. Hinsichtlich der Erstanschaffungs- und Instandhaltungskosten sind sie jedoch wesentlich preisgünstiger.
Nach dem Beginn des Liberalisierungsprozesses des europäischen Strommarktes Mitte der 1990er Jahre und der damit einhergehenden Änderung der Wettbewerbsbedingungen rücken neben dem Veredelungsbetrieb auch kurzfristige Einsatzplanungen zur Abdeckung von Lieferrisiken und Regelleistungsvorhaltung in den Fokus der Gewinnoptimierung. Vermehrt werden Pumpspeicherkraftwerke aufgrund ihrer Schnellstartfähigkeit von ein bis drei Minuten für die Vorhaltung von Sekundär- und Minutenreserveleistung eingesetzt. Dies belegen Zahlen des Jahres 2007, in dem durchschnittlich 3.460 Lastwechsel zwischen Pump- und Turbinenbetrieb stattgefunden haben.
Derzeit steht dem deutschen Energienetz eine Leistung von 7 GW mit einer Gesamtkapazität von 40 GWh durch Pumpspeicherkraftwerke zu Verfügung. Das größte deutsche Kraftwerk namens „Goldisthal“ mit einer Leistung von 1.060 MW und einer Kapazität von 8.480 MWh steht in Thüringen. Das kleinste mitaufgeführte Kraftwerk ist das „Schwarzenbach-Kraftwerk“ in Forbach (44 MW, 198 MWh). Die gemittelte Linie geht von einer durchschnittlichen Leistung von 261,11 MW und einer Kapazität von 1.509 MWh aus. Der resultierende Gradient liegt bei 0,17 MW/MWh.
Hauptmerkmale einer Pumpspeicheranlage sind in erster Linie die Gesamtkapazität und die unter Volllast erreichbare Leistung, die sie im Schnitt für 6 bis 8 Stunden erbringen können. Sie werden durch spezifische Koeffizienten wie der Fallhöhe, dem Fassungsvermögen des Oberbeckens, der Pump- und Turbinengröße und den Wirkungsgraden der Anlagenkomponenten charakterisiert. Der Gesamtwirkungsgrad definiert das Verhältnis aus Energieeinspeisung und -rückgewinnung und liegt durchschnittlich zwischen 75 und 83 %. Dabei werden neuerdings zwei Anlagentypen unterschieden. Zum einen die klassische Trennung von Pumpe und Turbine in unterschiedlichen Anlagen und der kombinierten Variante in Form von Pumpturbinen. Mittlerweile sind Pumpturbinen hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades der klassische Bauweise ebenwürdig. Hinsichtlich der Erstanschaffungs- und Instandhaltungskosten sind sie jedoch wesentlich preisgünstiger.
Nach dem Beginn des Liberalisierungsprozesses des europäischen Strommarktes Mitte der 1990er Jahre und der damit einhergehenden Änderung der Wettbewerbsbedingungen rücken neben dem Veredelungsbetrieb auch kurzfristige Einsatzplanungen zur Abdeckung von Lieferrisiken und Regelleistungsvorhaltung in den Fokus der Gewinnoptimierung. Vermehrt werden Pumpspeicherkraftwerke aufgrund ihrer Schnellstartfähigkeit von ein bis drei Minuten für die Vorhaltung von Sekundär- und Minutenreserveleistung eingesetzt. Dies belegen Zahlen des Jahres 2007, in dem durchschnittlich 3.460 Lastwechsel zwischen Pump- und Turbinenbetrieb stattgefunden haben.
Derzeit steht dem deutschen Energienetz eine Leistung von 7 GW mit einer Gesamtkapazität von 40 GWh durch Pumpspeicherkraftwerke zu Verfügung. Das größte deutsche Kraftwerk namens „Goldisthal“ mit einer Leistung von 1.060 MW und einer Kapazität von 8.480 MWh steht in Thüringen. Das kleinste mitaufgeführte Kraftwerk ist das „Schwarzenbach-Kraftwerk“ in Forbach (44 MW, 198 MWh). Die gemittelte Linie geht von einer durchschnittlichen Leistung von 261,11 MW und einer Kapazität von 1.509 MWh aus. Der resultierende Gradient liegt bei 0,17 MW/MWh.
