Schweizer Technologie: Ungelöste Fragen mit spannenden Lösungen

Energiespeicher werden gebraucht, die einerseits Tagesschwankungen und andererseits saisonale Unterschiede ausgleichen können. Verteilte Energiequellen und -speicher, wie Photovoltaik-Anlagen (PV) und Speicherseen wirken sich auf die Netzinfrastruktur aus.

Strommangellage und Winterstromlücke sind nur zwei der aktuell diskutierten Begriffe, die uns aufhorchen lassen. Während Öl und Gas beliebig gut gespeichert werden können, gilt das für elektrische Energie nur bedingt.

Elektrische Energie steht in drei sehr unterschiedlichen «Bereitschaftsgraden» zur Verfügung: Bandenergie, zum Beispiel von Kernkraftwerken stammend, ist immer vorhanden, während abrufbare Energie wie Wasserkraft, dank Speicherseen Spitzenbedarf abdecken können.

Dann sind da impulsive Formen wie Windenergie und Photovoltaik-Anlagen. Es ist die eher zufällige Form der Energie, die zumindest eine Speicherung über Stunden nötig macht. Das Tagesangebot der Energie ist nicht synchron zur Nachfrage. Auf einer grösseren Zeitskala gibt es diese Diskrepanz in noch grösserem Mass: Das saisonale Überangebot der Energie (hauptsächlich im Sommer) stimmt nicht mit der Nachfrage (hauptsächlich im Winter) überein.

Um diesen Missstand zu beheben, möchte der Bundesrat bis 2040 zwei Terrawattstunden (TWh) an zusätzlicher Speichermöglichkeit mit Speicherseen einrichten. Es liegt in der Natur der Sache, dass wir uns unter der Grössenzahl 2 TWh kaum etwas vorstellen können. Einfach erklärt: Der Davoser See beispielsweise hat ein Bewirtschaftungs-Volumen von circa 11’500’000 Kubikmeter. Wir brauchen also etwa 60 Davoser Seen für Sommarugas Ziel.

Parameter bei der potenziellen Energie sind Masse und Höhe. Bei der Masse geht es vor allem um den Ausbau bestehender Speicherseen. Interessant ist aber auch die Erhöhung der Höhendifferenz.

Natürlich kann der Speichersee nicht einfach nach oben verlegt werden, aber vielleicht die Turbine nach unten. Das hört sich im ersten Moment unrealistisch an.

Man versucht dabei mit einer «Mehrfach-Turbinierung» weiter unten nochmals zusätzliche Energie zu gewinnen. Im vorliegenden Beispiel des Davoser Sees (1559 Meter) wird das Wasser in Klosters GR auf rund 1200 Meter turbiniert. Es läuft mit nur wenigen Metern Gefälle in einen Speichersee (Pläviggin GR) im nächsten Tal. Die bisher letzte Turbine liegt in Küblis GR auf 822 Meter.

Das Potenzial des Wassers auf seiner Reise ab Küblis auf den nächsten 280 Höhenmetern wird aktuell nicht genutzt. Dies, obwohl bereits zwei Täler mit Wasserleitungsstollen miteinander verbunden sind. Es handelt sich konkret um den ersten Speichersee im Landwassertal und die Turbinen im Prättigau GR.

Hier setzt das Projekt «Chlus» an. Geplant ist, das Wasser in Küblis zu fassen und via einen 16 Kilometer langen Stollen ins nächste Tal zu bringen. Dort wird es auf einer Höhe von 535 Meter in Trimmis GR erneut turbiniert.

Für die kurzfristige Speicherung bieten sich vor allem Batterien an. Am besten dort, wo Flatterstrom erzeugt wird, damit das Elektrizitätsnetz möglichst nicht überlastet wird. In der Zwischenzeit setzen Elektrizitätswerke auch containergrosse Batterien ein, die kurzfristig zur Pufferung genutzt werden können.

Weitere Ideen zur Kurzzeitspeicherung von Energie beinhalten neue Konzepte wie Gravitationsspeicher. Die Energiedichte eines solchen Gravitationsspeichers ist aber etwa 60-mal kleiner als die einer Batterie.

Eine weitere alternative Speichermethode, an der aktuell geforscht wird, basiert auf dem Aluminium-Redoxzyklus. Die Gewinnung von Aluminium ist bekanntlich sehr energieintensiv. Wenn also im Sommer Elektrizitätsüberschuss herrscht, kann diese in Form von Aluminium gespeichert werden. Dieses setzt dann bei der Oxidation im Winter Wasserstoff und Wärme frei.

Wenn die Wärme genutzt werden kann und aus dem Wasserstoff – via Brennstoffzelle – Elektrizität entsteht, könnte das eine sehr interessante Schweizer Technologie werden.