Pumpspeicher vs. Wasserstoff: Wie man Strom effizient aufbewahrt

Die Produktion von Strom aus Wind- und Solarkraftwerken schwankt je nach Wetter mal stärker, mal schwächer. Um das wechselhafte Angebot an eine relativ unflexible Nachfrage anzupassen und die Stromnetze über den gesamten Jahresverlauf stabil zu halten, sind in Zukunft größere Speicher gefragt. Hier ist oft von Wasserstoff die Rede.

Österreich befindet sich allerdings in der glücklichen Lage, über das notwendige Landschaftsrelief für Pumpspeicherkraftwerke zu verfügen. Könnte man sämtliche erneuerbare Energie nicht einfach in Form von Wasser speichern, das in die Höhe gepumpt und bei Bedarf über Turbinen und Generatoren wieder abgelassen wird? Wäre das nicht effizienter als Strom per Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff umzuwandeln und diesen dann in Brennstoffzellen wieder zu Strom zu machen?

Was am Ende heraus kommt

Bei der Frage nach der Effizienz steht meist der Wirkungsgrad im Zentrum. Er gibt an, wie viel Prozent des Stromes, den man in einen Speicher steckt, am Ende auch wieder rauskommt, wenn er rückverstromt wird. Bei Pumpspeicherkraftwerken ist dieser Anteil vergleichsweise hoch. "Unsere ältesten Anlagen erreichen zwischen 70 und 75 Prozent, moderne Anlagen 80 Prozent und mehr", erklärt Martin Schrott, Leiter der Abteilung Technische Planung bei Verbund, dem größten Betreiber derartiger Kraftwerke in Österreich." Bei Wasserstoff werden hingegen 50 bis 60 Prozent erreicht, erklärt Alexander Trattner, Leiter des Wasserstoffforschungszentrums HyCentA.

Bei Wasserstoff gebe es doch einige Verluste, weil relativ viele Umwandlungsschritte erforderlich seien. Abgesehen von Elektrolyseur und Brennstoffzelle gibt es auch bei der Einlagerung von Wasserstoff Verluste. Es gibt hier verschiedenste Methoden. Benötigt man etwa einen Kompressor, um das Gas auf 1000 bar zu verdichten, kostet das 7 Prozent vom Energieinhalt. Will man den Wasserstoff auf minus 253 Grad Celsius abkühlen und damit verflüssigen, verliert man bis zu 30 Prozent der Energie. Außerdem kann man Wasserstoff in Methan oder Methanol umwandeln. Auch das reduziert den Wirkungsgrad. Die Erforschung dieser Technologien schreite aber laut Trattner rasch voran, es gebe ständige Verbesserungen. Bei der Elektrolyse und in Brennstoffzellen werde außerdem Wärme erzeugt, die man nutzen könne.

Ortsunabhängig und skalierbar

Der große Vorteil von Wasserstoff sei, dass man Anlagen überall errichten könne, also auch näher an Wind- oder Solarparks, sodass Verluste bei der Stromübertragung minimiert werden. Erzeugungstechnologien seien erprobt und skalierbar. Außerdem benötige man keine spezielle Topografie dafür. Für die künftige Verteilung von Wasserstoff biete sich das bereits existierende Erdgasnetz an. Dieses sei bereits jetzt zu 90 Prozent bereit für den Wasserstofftransport. Für die Energieversorgung Österreichs, die auch in Zukunft stark auf Importe angewiesen sein werde, sei Wasserstoff vorteilhaft. Es lasse sich gut auf Schiffen transportieren, etwa aus Ländern, wo es reichlich Sonnen- oder Windenergie gibt.

Sofortige Bereitstellung hoher Leistung

Pumpspeicher sind derzeit noch die einzige Lösung, um große Strommengen zu speichern. Zu Verlusten kommt es dabei durch Transformatoren, Motorgeneratoren und der Reibung des Wassers an den Wänden der riesigen Stollen. 22 Kraftwerke mit einer Leistung über 10 Megawatt seien laut dem Elektrizitätswirtschaftsverband Oesterreichs Energie derzeit im Land vorhanden. Laut Schrott können sie bei Bedarf 36 Prozent der höchsten Stromlast decken, die im Durchschnitt im Jahr auftaucht (Jahreshöchstlast).

Der große Vorteil von Pumpspeicherkraftwerken sei, dass sie flexibel genug sind, um kurzfristig viel Strom zu erzeugen und zu speichern. Üblicherweise werden im Tages- und Wochenverlauf Lastunterschiede im Stromnetz ausgeglichen. Wird zu Mittag etwa viel Strom durch Photovoltaik produziert, wird Wasser in höher gelegene Staubecken gepumpt. Am Abend und in der Früh wird das Wasser wieder abgelassen, um die Deckung des erhöhten Strombedarfs zu unterstützen. Am Wochenende erzeugter Strom wird wegen reduzierter Nachfrage für die kommende Woche gespeichert.

Sparen für den Winter

Womit sich Pumpspeicher schwer tun, sei allerdings die saisonale Übertragung von Strom, also etwa das Speichern von Sonnenenergie, die im Sommer reichhaltig geerntet wird, für den Winter. "Werden die Ausbauziele eingehalten, wird es im Sommer einen Überschuss von 10 bis 11 Terawattstunden (TWh) geben. Das Gesamtvolumen aller Großspeicher [Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke] liegt bei 3 TWh. Man bräuchte also viel größere Speichervolumina." Dass viele zusätzliche Pumpspeicherkraftwerke mit neuen, großen Becken gebaut werden, sei unrealistisch. "Es braucht also auch andere Technologien, etwa Wasserstoff."

Die Frage der Effizienz alleine ist also nicht entscheidend dafür, welche Stromspeichertechnologien in Zukunft benötigt werden. Anstatt von einer Konkurrenz kann man eher von einer notwendigen Ergänzung sprechen.