Speicher für die Energiewende | Energiepolitik | bpb.de

Notwendigkeit von Flexibilität im Energiesystem

Unsere moderne Gesellschaft basiert auf einer kontinuierlichen Versorgung mit Energie. Speziell in der Stromversorgung muss die Einspeisung in das Stromnetz zu jedem Zeitpunkt der Nachfrage, der Last, entsprechen, um das Netz stabil zu halten. In der Vergangenheit wurde dieser permanente Ausgleich von Stromerzeugung und -verbrauch durch konventionelle Kraftwerke sichergestellt. Diese nutzen die in fossilen Energieträgern gespeicherte Energie, um Strom bedarfsgerecht zu erzeugen. Erneuerbare Energien dagegen basieren meist nicht auf gespeicherter Energie, sondern auf kontinuierlichen Energieflüssen (Wasserbewegung, Wind, Sonneneinstrahlung), welche im Moment ihres Auftretens „geerntet“ und weitergenutzt werden. Dieser Paradigmenwechsel der Energiewende geht mit zwei Entwicklungen einher:

1. Zunehmende Bedeutung von Solar- und Windenergie: Während das Potenzial einiger erneuerbarer Quellen in Deutschland bereits ausgeschöpft (Wasserkraft) oder begrenzt (Bioenergie, Geothermie) ist, bestehen große Ausbaumöglichkeiten bei der Solar- und der Windenergie. Ihr Anteil an der Stromerzeugung lag 2025 bereits bei 44,3 Prozent und wird zukünftig weiter ansteigen.

2. Elektrifizierung des Energiesystems: Strom ist eine vielfältig verwendbare und hochwertige Energieform, weshalb erneuerbare Energien meist direkt in Strom umgewandelt werden. In einem zunehmend erneuerbaren Energiesystem ist eine Elektrifizierung von Anwendungen entsprechend energetisch sinnvoll und effizient. Beispiele hierfür sind die Umstellung von Verbrennungsmotoren auf batterieelektrische Antriebe oder von Gasheizungen auf Wärmepumpen. Für die Zukunft wird daher ein steigender Strombedarf erwartet. Langfristig ist sogar eine Verdoppelung realistisch.

Diese beiden Entwicklungen stellen das Energiesystem vor Herausforderungen: Es muss künftig mehr Strom erzeugt werden, gleichzeitig verliert die Erzeugung an Flexibilität. Denn die Erzeugung durch Windkraft- und Solaranlagen ist von der momentan verfügbaren Menge an Wind und Sonneneinstrahlung abhängig. Die Verfügbarkeit ist wetterabhängig und fluktuiert sowohl im Tages- als auch im Jahresverlauf. Während Solarenergie ausschließlich tagsüber sowie mit deutlichem Schwerpunkt im Sommer zur Verfügung steht, unterliegt die Windenergie (sowohl an Land als auch auf See) unregelmäßigen Schwankungen.

Mit dem weiteren Ausbau von Windenergie- und Solaranlagen ist zwar davon auszugehen, dass sie einen zunehmend großen Anteil des Strombedarfs decken und im Mittel Stromüberschüsse erzeugen. Dennoch ist stets mit Phasen geringer Wind- und Solarstromeinspeisung zu rechnen. 2025 gab es etwa 350 Stunden, in denen Wind- und Solarenergie weniger als 10 Prozent zur Stromerzeugung beigetragen haben. Um die Differenz zwischen fluktuierender erneuerbarer Erzeugung und der Stromnachfrage, die Residuallast, jederzeit decken zu können, werden heute fossile Reservekraftwerke vorgehalten. Dies ist allerdings langfristig nicht mit Klimazielen zu vereinbaren und trägt zu hohen Kosten der Stromerzeugung bei. Denn konventionelle Kraftwerke produzieren im Reservebetrieb Strom deutlich teurer als Wind und Solarenergie. Im aktuellen Strommarkt führt dies aufgrund des Merit-Order-Prinzips bereits zu Preisspitzen, wenn die Erzeugung durch erneuerbare Energien gering bzw. die Residuallast hoch ist.

Um die Schwankungen der erneuerbaren Stromerzeugung auszugleichen, werden zunehmend Möglichkeiten einer kurzfristigen Anpassung von Einspeisung oder Entnahme (Flexibilität) benötigt. Neben Reservekraftwerken, Stromimporte aus Nachbarländern, Laststeuerung sind Energiespeicher eine wichtige Flexibilitätsoption.

Typen von Energiespeichern

Energiespeicher sind technische Anlagen, die Energie aufnehmen (laden), diese Energie für einen bestimmten Zeitraum „lagern“ (speichern), und sie bei Bedarf wieder abgeben (entladen). Die Speicherung von Energie ermöglicht eine zeitliche Entkopplung von Energieerzeugung und -verbrauch. Teilweise unterscheidet sich die abgegebene von der aufgenommenen Energieform. Energiespeicher können in Strom-, Wärme- und chemische Speicher unterschieden werden.

Stromspeicher nehmen elektrische Energie auf und geben sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder ab. Sie eignen sich zum Ausgleich fluktuierender erneuerbarer Stromerzeugung und tragen zur Netzstabilität bei, indem sie Netzengpässe mindern und kurzfristige Leistungsspitzen ausgleichen. Ein Merkmal elektrischer Energie ist, dass sie „direkt“ nur begrenzt gespeichert werden kann. Um größere Mengen elektrische Energie über längere Zeiträume zu speichern, muss sie in andere Energieformen umgewandelt werden.

Wärmespeicher speichern thermische Energie (Wärmeenergie) zur späteren Nutzung. Sie können Wärme aus erneuerbaren Quellen, wie Solar- oder Geothermie, sowie Abwärme aufnehmen. Da Wärme nur begrenzt in andere Energieformen umgewandelt werden kann, dienen Wärmespeicher primär der Wiederverwendung sonst verlorener Energie. Zusammen mit Wärmepumpen können sie auch Flexibilität für die Stromversorgung bereitstellen, indem sie überschüssigem Strom als Wärme speichern und diese später nutzen.

Chemische Speicher (auch „Power-to-X-Speicher“) speichern Energie in der Bindungsenergie chemischer Verbindungen. Die Speicherung erfolgt über endotherme Reaktionen, bei denen unter Einsatz von (erneuerbarer) Energie synthetische Energieträger hergestellt werden. Diese Energieträger können in verschiedenen Sektoren eingesetzt werden und sind insbesondere für Anwendungen relevant, welche sich nur schwer elektrifizieren lassen. Zugleich ermöglichen sie die stoffliche Nutzung erneuerbarer Energie, etwa durch Wasserstoff als chemischen Grundstoff.

Kurz- und langfristige Energiespeicher

Für den Ausgleich der wetter-, tageszeit- und jahreszeitabhängigen Schwankungen der erneuerbaren Energieerzeugung werden sowohl kurzfristige als auch langfristige Speicher benötigt. Kurzfristige Speicher decken Perioden von Minuten bis zu wenigen Tagen ab, langfristige Speicher Perioden von mehreren Tagen bis Monate. Die verschiedenen Speichertypen sind unterschiedlich für diese Aufgaben geeignet. Entscheidend hierfür sind insbesondere die Kapazität, die den maximalen Energieinhalt eines Speichers beschreibt, sowie die Leistung, die Rate, mit der Energie geladen oder entladen werden kann. Das Verhältnis von Kapazität und Leistung bestimmt die Zeit in der ein Speicher geladen bzw. entladen werden kann und damit seinen Einsatzbereich.

Um eine kurzfristige Überproduktion oder einen plötzlichen Engpass auszugleichen, ist eine hohe Leistung erforderlich, um die Speicher schnell laden oder entladen zu können. Als kurzfristige Speichertechnologien kommen insbesondere Batteriespeicher mit typischen Entladezeiten von Minuten bis mehrere Stunden in Frage. Für Entladezyklen von Stunden bis Tage sind vor allem Pump- und Druckluftspeicher geeignet. Für die Bevorratung großer Energiemengen über lange Zeiträume, wird eine große Kapazität benötigt. Dies gilt etwa für die saisonale Verschiebung von sommerlichen Stromüberschüssen in den Winter. Nach derzeitigem Kenntnisstand kommen für die langfristige Energiespeicherung nur Wärmespeicher und chemische Speicher in Frage. Wasserstoff kann etwa in großem Maßstab über längere Zeiträume in künstlich geschaffene unterirdische Hohlräume (Kavernen) gelagert werden.

Die verschiedenen Speichertechnologien unterscheiden sich zudem in ihrem Wirkungsgrad. Zwischen Lade- und Entladevorgang geht bei allen Speichertechnologien ein Teil der nutzbaren Energie verloren. Bei den chemischen Speichern sind die Verluste besonders hoch und bewegen sich zwischen 60 und 80 Prozent. Aus rein energetischer Perspektive sind daher effizientere Technologien vorzuziehen, allerdings bestimmen neben den energetischen Eigenschaften auch ökonomische Erwägungen den Einsatz von Speichern. Für die kurzfristige Energiespeicherung werden vorrangig Technologien eingesetzt, bei denen die Leistung und damit das Laden und Entladen günstig ist. Dies ist heute vor allem bei Batteriespeichern der Fall. Als Langfristspeicher kommen hingegen Technologien mit geringen Kosten für ihre Kapazität in Betracht. Dies sind vor allem chemische Speicher. Einmal hergestellt, können diese kostengünstig und in großen Mengen in Tanks, Halden oder unterirdischen Kavernen gelagert werden. Ein weiterer Vorteil von chemischen Speichern ist, dass die Energieumwandlung und Speicherung räumlich entkoppelt werden kann. Dadurch ist es möglich, chemische Energieträger wie Wasserstoff in sonnen- und windreichen Ländern zu produzieren und anschließend zu importieren.

Aktueller Stand und Entwicklungen

Bereits heute werden Speicher in der Energieversorgung eingesetzt. Im Stromsektor werden Pumpspeicher seit den 1920er Jahren in Deutschland genutzt. Ihr weiteres Ausbaupotenzial ist allerdings begrenzt, da Standorte mit geeigneten Höhendifferenzen und Platz für Speicherseen nur beschränkt verfügbar sind und sie häufig mit Naturschutz- oder Anwohnerinteressen konkurrieren. In den letzten Jahren sind zudem zunehmend Batteriespeicher dazugekommen. Darunterfallen sowohl großtechnische Anlagen, die am Strommarkt teilnehmen und zur Netzstabilität beitragen, als auch Kleinbatterien, die dezentral bei den Verbrauchern installiert sind. Zu letzteren zählen insbesondere „Heimspeicher“ in Wohngebäuden, deren Anzahl zuletzt stark gestiegen ist und Ende 2025 ca. 2,3 Millionen betrug. Die Heimspeicher dienen heute primär dazu den Verbrauch selbst produzierter erneuerbarer Energie zu maximieren, indem etwa am Tag erzeugter Solarstrom am Abend genutzt wird. Perspektivisch können sie auch lokale Stromnetze entlasten, indem sie aufgeladen bzw. entladen werden, wenn Netzüberlastungen oder Engpässe bestehen.

Im Mittel sind die aktuell installierten Batteriespeicher für eine Entladezeit von anderthalb bis zwei Stunden ausgelegt. Ihre aggregierte Speicherkapazität beträgt 25,6 GWh, die von Pumpspeichern 35,65 GWh, gemeinsam entspricht das knapp vier Prozent des durchschnittlichen Tagesbedarfs in Deutschland. Um die Versorgungssicherheit in Zukunft zu gewährleisten, ist eine Vervielfachung des Speicherbedarfs und der Aufbau von Langzeitspeichern für erneuerbare Energie erforderlich. Zwar gibt es in Deutschland saisonale Erdgasspeicher mit einem Volumen von 250 TWh, langfristige und großvolumige Speicher für erneuerbare Energien sind hingegen noch nicht im relevanten Umfang vorhanden. Studien aus Wirtschaft und Wissenschaft erwarten einen Bedarf zwischen 32 und 130 TWh an langfristigen Speichern für das Jahr 2045. Diese Bandbreite reflektiert teilweise Unsicherheiten, teilweise unterschiedliche Annahmen über die Entwicklung des Energieverbrauchs und das Ausmaß anderer Flexibilitätsoptionen.

Neben technologischen Aspekten ist der Ausbau von Energiespeichern auch von regulatorischen und förderpolitischen Entwicklungen abhängig. Netzgekoppelte Batteriespeicher profitieren derzeit etwa von einer Befreiung von den Netzentgelten. Dies setzt Anreize für Investitionen und hat zur Ausbaudynamik beigetragen, wälzt die entstehenden Kosten allerdings teilweise auf die übrigen Netznutzer ab. Aktuell wird diskutiert, ob diese Privilegierung fortgesetzt werden soll. Die Debatte verdeutlicht, dass der Ausbau von (Batterie-)speichern mit unterschiedlichen Interessen einhergeht: Während Speicherbetreiber primär auf wirtschaftliche Rentabilität von und stabile Förderbedingungen für Speicher abzielen, liegt der Fokus der Netzbetreiber auf einem netzverträglichen Ausbau und der Reduktion von Netzengpässen zwischen den windreichen Regionen im Norden und Osten Deutschlands und den verbrauchsstarken Zentren im Westen und Süden. Bundesregierung und Bundesnetzagentur müssen in ihren Maßnahmen wiederum einen Ausgleich zwischen notwendigen Investitionsanreizen, Netzverträglichkeit und fairen Wettbewerbsbedingungen sicherzustellen.

Bezüglich der langfristigen Energiespeicherung sieht die Strategie der Bundesregierung vor, dass diese Aufgabe vor allem Wasserstoffspeicher übernehmen. Zunächst geht sie von einem Speicherbedarf von mindestens 15 TWh bis 2035 aus und fördert bereits einzelne Projekte. Entsprechende Anlagen befinden sich derzeit jedoch überwiegend im Pilotstadium. Gleichzeitig zeigt der beschleunigte Ausbau von Batteriespeichern das Potenzial von Innovation und technologischem Fortschritt. In Verbindung mit planerischer Flexibilität kann die Transformation des Energiesystems hin zur Klimaneutralität gelingen. Nicht umsonst lautet ein geflügeltes Wort „Prognosen sind schwierig, besonders wenn Sie die Zukunft betreffen“.