Infowelt Energie
Wie funktionieren Energiespeicher?
Erstellt am 29.9.2025
Was sind Energiespeicher?
Energiespeicher sind Systeme, die Energie aufnehmen, über einen bestimmten Zeitraum speichern und bei Bedarf wieder abgeben können – zum Beispiel in Form von Strom, Wärme oder Gas. Sie sind entscheidend dafür, dass erneuerbare Energien auch dann verfügbar sind, wenn Sonne oder Wind gerade nicht liefern.
Verschiedene Arten der Energiespeicherung
Um Energie zu speichern, also für eine spätere Nutzung „aufzubewahren“, stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. In der Regel wird die Energieform für die Speicherung gewandelt, zum Beispiel von elektrischer Energie, die eine Photovoltaikanlage aus Sonnenlicht produziert, in chemische Energie in einem Akku. Beim Entladen wird die Energieform wieder zurückgewandelt – aus der chemischen Energie im Akku wird wieder Strom. Oder die entstandene Energieform wird direkt genutzt, etwa im Power-to-Gas-Verfahren in Form von Gas oder im Power-to-Heat-Verfahren in Form von Wärme. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Speichertechnologien und -systeme gebraucht. Durch eine aufeinander abgestimmte Optimierung im Gesamtsystem sorgen sie für einen Ausgleich zwischen Energieangebot und -nachfrage.
Wie lange kann Strom gespeichert werden?
Je nach Technologie kann die Energie unterschiedlich lange gespeichert werden – von fast unendlich bei mechanischer Speicherung, etwa in Pumpspeicherkraftwerken, bis hin zu sehr begrenzten Zeiträumen, etwa in Batterien und Akkus, die sich mit der Zeit selbst entladen.
Batteriespeicher
Die wohl bekanntesten Stromspeicher sind Batterien oder Akkus. Ohne sie gäbe es keine mobilen elektronischen Geräte. Auch für die Energiewende spielen sie eine wichtige Rolle. So sorgen sie beispielsweise für den Antrieb von Elektroautos und machen den Strom aus Photovoltaikanlagen auf dem Dach für die spätere Nutzung im Haus verfügbar. Wesentlich größere Batterien sind nötig, um überschüssigen Strom aus Windkraftanlagen oder großen Solaranlagen zu speichern.
Von den vielen verschiedenen Batterietypen, die auf dem Markt sind, haben sich Lithium-Ionen-Akkus durchgesetzt, insbesondere weil sie eine hohe Energiedichte haben und wiederaufladbar sind. Sie basieren auf Lithium-Verbindungen in der elektrochemischen Zelle. Allerdings ist Lithium ein begrenzter Rohstoff und der weltweite Bedarf wächst schnell. Geforscht wird daher – und um die Batterietechnik weiter zu verbessern – an zahlreichen Alternativen.
Zu den erfolgversprechenden Entwicklungen, insbesondere für die Elektromobilität, gehören Feststoffbatterien, die mit keramischen Elektrolyten funktionieren. Sie sollen schnelleres Laden und höhere Reichweiten ermöglichen. Auch das seit langem bekannte Redox-Flow-Verfahren wird weiterentwickelt. Das Besondere an diesem Batterietyp: Das Medium, in dem die Energie gespeichert wird, ist nicht wie bei Akkus zwischen den Elektroden fest verbaut, sondern in getrennte Tanks ausgelagert. Die Redox-Flow-Batterie besteht also aus zwei voneinander unabhängigen Energiespeichern. Dadurch sind Leistung und Speicherkapazität unabhängig voneinander und können auch nachträglich erhöht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die räumliche Trennung fast keine Selbstentladung stattfindet. Somit können Redox-Flow-Batterien Energie über Wochen oder sogar Monate hinweg speichern.. Mobile Varianten, etwa für Fahrzeuge, haben sich allerdings wegen des großen Platzbedarfs bisher nicht bewährt.
Wasserstoff
Wasserstoff, seit langem als chemischer Grundstoff in der Industrie verwendet, kann auch als Energieträger dienen. Im Power-to-Gas-Verfahren wird Strom mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt. Wasserstoff ist somit ein chemischer oder auch „stofflicher“ Energiespeicher.
Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe elektrischer Energie in seine beiden Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. In der Brennstoffzelle findet dann der umgekehrte Prozess statt: Der Wasserstoff reagiert mit dem Sauerstoff aus der Luft, die chemische Reaktionsenergie wird in Strom und Wärme umgewandelt.
Die Produktion von Wasserstoff durch Elektrolyse und die Rückumwandlung in Strom sind mit relativ hohen Wandlungsverlusten verbunden, der Wirkungsgrad ist also relativ klein. Deshalb ist seine Nutzung in erster Linie dort sinnvoll, wo eine direkte Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen nicht möglich oder nicht wirtschaftlich ist, zum Beispiel in der Stahl- und Zementindustrie sowie im Schwerlastverkehr und bei großen Schiffen. Der Gesamtwirkungsgrad der Elektrolyse – also der Anteil der eingesetzten Energie, der nach allen Umwandlungen tatsächlich genutzt werden kann – lässt sich erhöhen, wenn die im Prozess entstehende Wärme genutzt wird, etwa in einem lokalen Wärmenetz.
Da Wasserstoff hoch entzündlich ist, wird er zum Transport und zur einfacheren Speicherung häufig in synthetisches Methan umgewandelt. Das hat auch den Vorteil, dass Methan problemlos in die bestehenden Gasnetze eingespeist werden kann – während Wasserstoff nur in geringen Mengen beigemischt werden darf. Auch flüssige Kraftstoffe können aus Wasserstoff hergestellt werden (Power-to-Liquid), zum Beispiel für den Luftverkehr. Die direkte Speicherung von Wasserstoff in industriellem Maßstab ist ebenfalls möglich.
Pumpspeicher
Pumpspeicherkraftwerke eignen sich gut, um große Strommengen über lange Zeiträume zu speichern. Sie leisten diese wichtige Pufferfunktion schon seit Jahrzehnten. Die Kraftwerke pumpen Wasser aus einem Becken in ein höher gelegenes Speicherbecken. Bei Bedarf wird das Wasser abgelassen und treibt über eine Turbine einen Generator an. Der Strom steht innerhalb von Sekunden zur Verfügung, so dass Pumpspeicherkraftwerke schnell auf die schwankende Einspeisung von Sonnen- und Windenergie reagieren können und einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität leisten. Die Technik braucht allerdings verhältnismäßig viel Platz und ist nur an Standorten mit Höhenunterschieden möglich.
Druckluftspeicher
Druckluftspeicher funktionieren ähnlich wie Pumpspeicher, allerdings mit Luft statt Wasser. Ein stromgetriebener Kompressor komprimiert Luft und presst sie in einen Speicher, zum Beispiel eine unterirdische Salzkaverne. Aus dieser Druckluft wird im Bedarfsfall wieder Strom erzeugt, indem sie eine Turbine mit angeschlossenem Generator antreibt. Gegenüber Pumpspeicherkraftwerken haben Druckluftspeicher den Vorteil, dass sie kein Gefälle benötigen und somit mehr Standorte in Frage kommen. Allerdings sind sie weniger effizient und bisher wenig verbreitet.
Wärmespeicher
Auch Wärmespeicher können Strom aus erneuerbaren Energiequellen aufnehmen und sind ein wichtiger Baustein der Energiewende. Im Power-to-Heat-Verfahren wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Es gibt viele verschiedene Arten von Wärmespeichern. Ein typisches Beispiel für den Hausgebrauch ist ein Warmwasser-Pufferspeicher. Die darin konservierte Wärme kann aus unterschiedlichen Quellen kommen, etwa aus der Umgebungswärme aus Luft, Erde oder Wasser über Wärmepumpen, aus Holz über einen wasserführenden Ofen oder aus Solarenergie über eine Solarthermie- oder Photovoltaikanlage. Das warme Wasser im Speicher wird zu einem späteren Zeitpunkt für die Heizung oder die Bereitstellung von Warmwasser im Haus verwendet.
Großwärmespeicher dienen der Flexibilität in Fernwärmenetzen, auch hier wird Wasser erhitzt und gespeichert. Dazu eignen sich große Tanks, künstlich angelegte Teiche, die abgedeckt werden, oder unterirdische wasserführende Gesteinsschichten, die mit Bohrungen erschlossen werden.
Eine Anwendung, die Wärme saisonal speichert, ist ein Eisspeicher. Je nach Größe kann er sowohl ein einzelnes Gebäude als auch die Verbraucher in einem Nahwärmenetz versorgen. In einem unterirdischen Wassertank entzieht eine Wärmepumpe dem Wasser im Winter Energie, die zum Heizen verwendet wird. So friert der Speicher langsam zu. Dabei entsteht Kristallisationswärme, die ebenfalls zum Heizen genutzt werden kann. Im Sommer taut der Eisspeicher wieder auf. Da die Erdwärme allein dafür nicht ausreicht, muss zusätzlich externe Wärme zugeführt werden. Hierfür kann im Sommer Raumluft genutzt werden. Der Eisspeicher unterstützt dann die Kühlung von Räumen.
An Alternativen zu herkömmlichen Batteriespeichern wird stetig geforscht. In der Erprobung sind beispielsweise Speicher, die Salz oder Sand als Speichermedium verwenden.
Eine Sandbatterie industriellen Maßstabs speist Wärme in ein lokales Wärmenetz in Finnland ein. Sie besteht aus einem Silo, das mit Industriesand gefüllt ist. Mit Strom wird der Sand über Heizrohre auf bis zu 600 Grad Celsius erhitzt. Die Wärme kann so über Monate gespeichert werden. Neben den Speichertechnologien selbst wird auch die Sektorenkopplung weiter vorangetrieben, also die Verknüpfung von Strom, Wärme, Industrie und Verkehr. Dadurch lässt sich überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energiequellen noch besser nutzen und für andere Anwendungen speichern. Die mit dem Sammelbegriff Power-to-X bezeichneten Verfahren bringen mehr Flexibilität ins Energiesystem, da sich mit der Verknüpfung der einzelnen Sektoren wechselseitig Strom-Defizite und -Überschüsse ausgleichen lassen.
Ein Beispiel für die Sektorenkopplung von Strom und Verkehr ist die Elektromobilität. Die nächste Stufe erreicht sie durch bidirektionales Laden, also das Laden in zwei Richtungen: Wenn ein Auto nicht nur Strom beziehen, sondern diesen auch wieder abgeben kann, wird es zum mobilen Speicher für den Verbrauch im Haus (Vehicle-to-Home) oder auch das Stromnetz (Vehicle-to-Grid). Technisch ist das bereits möglich. In Deutschland ist Vehicle-to-Home zulässig, fristet aber noch ein Nischendasein. Für Vehicle-to-Grid fehlen bisher die entsprechenden Regularien.
Großbatterien
Vattenfall investiert zunehmend in das Geschäft mit Großbatterien. Der Energiepark „Haringvliet“ in den Niederlanden kombiniert seit 2022 die Erzeugung von Strom aus Solar- und Windkraftanlagen mit einem Batteriespeicher, der aus 288 Batterien besteht, die in insgesamt 12 Seecontainern untergebracht sind.
Speicherpartnerschaft
Seit 2025 hat Vattenfall eine Speicherpartnerschaft mit terralyr: Acht deutschlandweit verteilte Speicheranlagen der britischen Firma werden über eine cloudbasierte Softwareplattform gebündelt. Einen Teil des Stroms aus diesem Speichernetz bezieht Vattenfall in Hamburg über einen langfristigen Abnahmevertrag zum Fixpreis und gleicht damit Schwankungen aus Wind- und Solarstrom aus.
Wasserstoffspeicher
Das Pilotprojekt HYBRIT zur Produktion fossilfreien Stahls in Schweden, an dem Vattenfall beteiligt ist, speichert bis zu 100 Kubikmeter Wasserstoff in einer mit Stahl ausgekleideten Felskaverne. Damit können die Produktionskosten von Wasserstoff um bis zu 40 Prozent gesenkt werden: Bei niedrigen Strompreisen wird Wasserstoff hergestellt und gespeichert, während die Produktion bei hohen Strompreisen zurückgefahren und stattdessen der gespeicherte Wasserstoff verwendet wird.
Pumpspeicher
Vattenfall betreibt aktuell sechs Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland, darunter mit „Goldisthal“ im westlichen Thüringer Schiefergebirge das größte des Landes.
Fazit: Speicher als unverzichtbarer Baustein der Energiewende
Energiespeicher sind ein unverzichtbarer Baustein der Energiewende, die den Übergang von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien beschreibt. Ihr Ausbau ist dringend nötig, um die Energiewirtschaft in Zukunft so zu betreiben, dass möglichst wenige Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen.
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