Für Energiewende und Elektromobilität brauchen wir Speicher. Verschiedene Anwendungen haben verschiedene Anforderungen, sodass auch verschiedene Speicherarten sinnvoll sind. Welche Unterschiede gibt es und wann ist welche Technologie nutzbar?

Viele Erneuerbare Energien stehen nicht dauerhaft zur Verfügung. Um die Energieversorgung an unsere Bedarfe anzupassen, ist die Speicherung von Energie notwendig: Solange mehr Energie als Bedarf im Netz vorhanden ist, wird die überschüssige Energie in Speicher geladen. Übersteigt der Bedarf das Angebot, wird Energie aus dem Speicher entladen. Neben dieser Anwendung als Zwischenspeicher gibt es noch weitere, zum Beispiel als unterbrechungsfreie Stromversorgung in kritischer Infrastruktur, als Energiequelle in Elektrofahrzeugen, zur Stabilisierung des Netzes oder als Lastausgleich.

Die verschiedenen Anwendungen haben sehr unterschiedliche Anforderungen. Das führt dazu, dass jeweils auch verschiedene Technologien nötig sind. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung muss bei einem Stromausfall sofort zur Verfügung stehen und genug Energie für die Dauer des Ausfalls bereitstellen. Da Stromausfälle in Deutschland selten sind und meist von kurzer Dauer, müssen Speicher für diese Anwendung eine schnelle Reaktionszeit und eine lange Lagerfähigkeit haben – aber keine große Anzahl von Lade- und Entladezyklen.

Speicher zur Netzstabilisierung sorgen für einen schnellen Ausgleich von Schwankungen. Sie müssen ebenfalls schnell reagieren, aber zusätzlich eine große Zyklenzahl aufweisen, weil nahezu ständig Schwankungen ausgeglichen werden müssen und die Speicher daher sehr oft geladen und entladen werden. 
Der Ausgleich von Erneuerbarer Energie erfordert meist keine schnelle Reaktionszeit, dafür aber je nach Ausgleichszeitraum eine Entladezeit von mehreren Stunden oder Tagen bis hin zu Monaten. Elektrofahrzeuge brauchen Speicher, die viel Energie auf kleinem Raum mit geringer Masse speichern und schnell geladen werden können. Eigenschaften, die fast immer wichtig sind, sind eine lange Lebensdauer, geringe Speicherverluste und geringe Kosten.

Elektrische Energie kann direkt im elektrischen oder magnetischen Feld gespeichert oder in eine andere Energieformen umgewandelt werden – wie etwa mechanische, thermische oder chemische Energie. Elektromagnetische Speicher wie Kondensatoren und Spulen haben eine schnelle Selbstentladung, so dass sie nur für kurze Speicherdauern und geringe Energien in Frage kommen. Da sie aber kurzzeitig große Leistungen und viele Zyklen der Auf- und Entladung zur Verfügung stellen können, sind sie für die Netzstabilisierung geeignet.

Zu den mechanischen Energiespeichern gehören Pumpspeicher, Schwungräder und Druckluftspeicher. Pumpspeicher und Druckluftspeicher können über eine lange Zeit Energie speichern und sind sehr langlebig, haben aber eine längere Reaktionszeit. Sie sind für gut planbare Anwendungen oder als Ablösung für schnellere Speicher bei einem länger anhaltenden Stromausfall geeignet. Schwungräder haben ähnliche Eigenschaften wie elektromagnetische Speicher und werden zum Beispiel für den Ausgleich von Schwankungen im Netz eingesetzt.

Thermische Speicher speichern Energie in Form von Wärme. Da die Rückumwandlung in elektrische Energie mit hohen Umwandlungsverlusten verbunden ist, eignen sie sich eher schlecht als Speicher für elektrische Energie.

Zu den chemischen Speichern gehören Akkumulatoren/wiederaufladbare Batterien, aber auch Wasserstoffspeicher. Sie unterteilen sich in Systeme mit internem und externem Speicher. Akkumulatoren mit internem Speicher sind zum Beispiel Lithium-Ionen-, Blei- oder Nickel-Metallhydrid-Batterien. Im Vergleich zu Systemen mit externem Speicher wie Redox-Flow-Batterien oder Elektrolyseur-Wasserstoffspeicher-Brennstoffzellen haben die internen Speicher den Vorteil, dass sie kompakter und daher für mobile Anwendungen besser geeignet sind. Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer insgesamt sehr guten Eigenschaften hinsichtlich Lebensdauer und Wirkungsgrad auch sehr gut für Anwendungen mit vielen Zyklen geeignet. Bei Systemen mit externem Speicher sind Energie und Leistung getrennt einstellbar. Es kann zum Beispiel ein großer Speicherbehälter über eine lange Zeit geladen und entladen werden. Sie sind daher für lange Speicherzeiträume gut geeignet. Wasserstoffspeicher haben den Nachteil, dass bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Wasserstoff und wieder zurück etwa zwei Drittel der Energie verloren gehen. Wasserstoffspeicherung ist daher nicht gut für Anwendungen mit vielen Ladezyklen geeignet. Da Wasserstoff sehr leicht ist, kann diese Technologie viel Energie mit kleinem Gewicht speichern. Für die Elektromobilität ist es bei kleinen Fahrzeugen und kurzen Strecken sinnvoller, Batterien zu verwenden, weil sie sehr verlustarm sind. Bei großen Fahrzeugen und weiten Strecken reicht die Energiedichte von Batterien aber oft nicht aus, sodass dann Brennstoffzellen und Wasserstoffspeicher sinnvoller sind.

Es gibt also verschiedene Speichertechnologien mit unterschiedlichen Eigenschaften, die sich für unterschiedliche Anwendungen eignen. Für alle Anwendungen existieren passende Speichertechnologien, aber es lohnt sich, alle Technologien weiter zu entwickeln und neue zu erforschen.