Batterie: Die größten Energiespeicher der Welt
Die Preise für Akkumulatoren sinken: Als Antwort auf die volatile Energie aus Wind und Sonne stehen riesige Batteriespeicher hoch im Kurs. Unter ihnen sind wahre Giganten.
Das Alamitos Energy Center in Long Beach ist die zweitgrößte Batterie der Welt.
Foto: Kiewit Corporation
Was im vorherigen Jahrzehnt noch als nicht ökonomisch galt, rückt langsam in den Bereich des Wirtschaftlichen, da die Rohstoffe erschwinglicher werden. Die Rede ist von großen Batteriespeichern, die überschüssige Energie aufnehmen und genau dann ins Netz einspeisen, wenn eine höhere Nachfrage besteht.
Dadurch ließen sich zum Beispiel schnell regelbare Gaskraftwerke einsparen oder die Energie von Wind und Sonne sinnvoll speichern. Aktuell sprießen diese flexiblen Batteriespeicherkraftwerke wie Pilze aus dem Boden und übertreffen sich nach und nach in Leistung und Kapazität. Vorhang auf für die größten Batterien der Welt.
Batterie: Aufbau und Typen
Batteriespeicherkraftwerke nutzen zahlreiche zu Gruppen zusammengefasste Akkumulatoren, um darin elektrische Energie zu speichern. Die einzelnen Batterien füllen dabei meist raumhohe Racks aus und sind so eng übereinandergeschichtet, dass jedes Element eine eigene Belüftung benötigt, da zu hohe Temperaturen die Lebensdauer der Akkus verkürzen.
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Die Kapazitäten sind nach oben hin beinahe offen, sodass nur der zur Verfügung stehende Platz die Menge an Batterie-Racks limitiert. Je nach Budget und Anforderungen kommen verschiedene Akkutypen zum Einsatz. Am häufigsten werden beispielsweise Lithium-Ionen-Akkus installiert, mit etwas Abstand gefolgt von Blei-, Natrium-Schwefel-, Natrium-Nickelchlorid- sowie Nickel-Cadmium-Akkumulatoren. Dazu gesellen sich noch einige Redox-Fluss-Zellen (Flüssigbatterien).
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Batterie-Technik im Detail
Aufgebaut sind die Speicherkraftwerke ähnlich wie eine sogenannte unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für Rechenzentren. Die Racks mit Akkumulatoren werden in getrennten Hallen oder Containern installiert. Um elektrische Energie speichern zu können, wird diese zuerst über Hochspannungs-Gleichrichter in Gleichspannung umgewandelt. Wird im Anschluss wieder Strom entnommen, ist auch hier eine Konversion zurück in Wechselspannung notwendig. Genutzt werden Batteriespeicher meist zur Bereitstellung von Reserven sowie zur Regelung der Netzfrequenz, um die Wahrscheinlichkeit von Stromausfällen zu reduzieren.
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Mit einem Wirkungsgrad von rund 80 bis 90% sind Batteriespeicherkraftwerke effizienter als Druckluft- oder Pumpspeicher. Seit 1991 sind die Kosten für Lithium-Ionen-Akkus außerdem um rund 97% gesunken und dieser Trend hält weiter an. So rückt auch die Wirtschaftlichkeit solcher Projekte immer mehr in den Fokus.
Top 10: Die größten Batterien der Welt im Ranking
Die Kennzahlen der Batteriespeicherkraftwerke liegen der „DOE Global Energy Storage Database“ zugrunde. Diese Datenbank wird vom US-Energieministerium (Department of Energy) sowie den Sandia National Laboratories bereitgestellt und laufend aktualisiert. Geordnet sind die einzelnen Kandidaten nach Kapazität. Auf diese Daten lässt sich der Begriff „Größe“ am besten transferieren. Eine hohe Spitzenabgabeleistung steht demnach nicht zwingend für große Speicherkapazitäten.
| Platz | Anlage | Ort | Spitzenleistung | Kapazität |
| 1 | Moss Landing Energy Storage Facility | Monterey County, USA | 300 MW | 1.200 MWh |
| 2 | Alamitos Energy Center | Long Beach, USA | 100 MW | 400 MWh |
| 3 | Buzen Substation | Fukoka, Japan | 50 MW | 300 MWh |
| 4 | Gateway Energy Storage | Otay Mesa, USA | 250 MW | 250 MWh |
| 5 | Rokkasho Village Wind Farm | Aomori, Japan | 34 MW | 245 MWh |
| 6 | Hornsdale Power Reserve | Jamestown, Australien | 150 MW | 193,5 MWh |
| 7 | Escondido Substation | San Diego, USA | 30 MW | 120 MWh |
| 8 | Mira Loma Substation | Ontario, Kalifornien, USA | 20 MW | 80 MWh |
| 9 | Tesla Solar Plant | Kauai, Hawaii, USA | 13 MW | 52 MWh |
| 10 | Stocking PelhamFacility | Herfordshire, UK | 50 MW | 50 MWh |
Leistungsstärkste Batterie in Europa – Platz 10: Stocking Pelham Facility, Vereinigtes Königreich (50 MWh)
Den 10. Platz unseres Rankings erhält die Anlage im britischen Hertfordshire mit einer Kapazität von 50 MWh. Damit ist dieser Energiespeicher derzeit noch die leistungsstärkste Batterie in Europa. Sie erstreckt sich auf rund 4.500 m² und besteht aus 7 E-Häusern sowie 27 Wechselrichtern.
Die Zahl der einzelnen Lithium-Ionen-Akkus liegt bei etwa 150.000. Diese sind über einen 132-kV-Netzanschluss mit dem unweit entfernten Umspannwerk verbunden und gewährleisten eine stabile Netzfrequenz. Untergebracht sind die Anlagen nicht wie meist üblich in Containern, sondern in Fertighäusern. Auf diese Weise soll das Platzangebot effizienter genutzt werden und mehr Kapazität auf kleinerem Raum möglich sein. Die maximale Ausgangsleistung liegt bei 50 MW. Geladen wird der Batteriespeicher vorwiegend aus überschüssiger Energie von Solarzellen.
Platz 9: Tesla Solar Plant, USA (52 MWh)
Die Tesla Solar Plant auf Kauai, Hawaii, beziehungsweise Platz 9 unserer Liste fügt sich nahtlos in die auf der Insel etablierte Solarenergieherstellung ein. Sie besteht nicht nur aus Akkumulatoren, sondern zählt außerdem eine große Anzahl Solarzellen. Während tagsüber viele Unternehmen und Haushalte Solarstrom nutzen, fahren jedoch nachts vielerorts die Dieselgeneratoren hoch. Durch die Batterie soll das zukünftig umweltfreundlicher ablaufen.
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Dem Energieversorger Kauai Island Utility Cooperative zufolge soll der Treibstoffverbrauch der Insel um bis zu 6.000 m³ jährlich reduziert werden. Die Tesla Solar Plant speichert bis zu 52 MWh an Energie und gibt diese nachts oder bei zu geringer Sonneneinstrahlung wieder ab. Die Spitzenleistung liegt bei 13 MW, sodass bis zu 2.600 Haushalte versorgt werden können. Finanziert wird die gesamte Anlage über den Strompreis selbst und einen Zeitraum von 20 Jahren.
Platz 8: Mira Loma Substation, USA (80 MWh)
Das Ergebnis einer Kooperation von Southern California Edison und Tesla ist die Mira Loma Substation mit einer Kapazität von 80 MWh, welche Ende 2016 in Betrieb genommen wurde. Die Spitzenleistung liegt bei 20 MW, sodass 15.000 Haushalte bis zu 4 Stunden lang mit Strom versorgt werden können. Die Batterie belegt daher den 8. Platz unserer Rangliste und befindet sich in Ontario, Kalifornien. Gespeicherte Energie kommt bei dieser Anlage aber nicht aus überschüssiger Windenergie oder Sonnenkraft, sondern vom unweit entfernten Gaskraftwerk des Betreibers Altagas.
Die Batterie soll dabei schneller auf Leistungsspitzen reagieren können, diese abfedern und mit Überschüssen aus dem Kraftwerk wieder geladen werden. Sie dient zudem als Puffer für die Gaskraftwerke, die nicht gleich die volle Leistung abgeben, sondern dafür etwas Zeit benötigen. Dadurch lassen sich vor allem Betriebskosten einsparen. Der Energiespeicher besteht aus zwei Systemen, welche mit jeweils 198 Tesla Powerpacks sowie 24 Invertern bestückt sind. Der modulare Aufbau ermöglicht dabei, den Speicher mit zwei unterschiedlichen Trassen zu nutzen.
Platz 7: Escondido Substation, USA (120 MWh)
Der US-Bundesstaat Kalifornien ist unter anderem auch für seine grüne Energiepolitik bekannt. So verwundert es kaum, dass sich dort gleich mehrere Batteriespeicher aus unserer Rangliste befinden. Platz 7 geht dabei an die Escondido Substation, rund 50 km nördlich von San Diego. Diese Einrichtung ist die größere von zwei Batterien, die 2016 von San Diego Gas & Electric erbaut und 2017 eingeweiht wurden. Daraus lässt sich eine Spitzenleistung von 30 MW über einen Zeitraum von 4 Stunden abrufen. Insgesamt stehen demnach 120 MWh zur Verfügung.
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Eingesetzt werden dabei Lithium-Ionen-Akkus mit dem Zweck, die Gesamtzuverlässigkeit des Netzes zu steigern. Vor allem Engpässe sollen dadurch vermieden werden. Der Gedanke seitens der Betreiber liegt in der Speicherung von Sonnen- und Windenergie tagsüber, um diese während der Spitzenzeiten am Abend abzugeben, ohne weitere Kraftwerke zuschalten zu müssen.
Die größte Batterie in Australien – Platz 6: Hornsdale Power Reserve, Australien (193,5 MWh)
Die Akkus der Hornsdale Wind Farm etwas nördlich von Jamestown, South Australia, besitzen eine Gesamtkapazität von 193,5 MWh und finden sich auf dem 6. Platz ein. Mit einbezogen ist zudem die 2020 fertiggestellte Erweiterung. Ursprünglich wurde das Projekt Anfang 2017 entwickelt und ging bereits im Dezember desselben Jahres ans Netz. Damals aber noch mit einer geringeren Kapazität von 129 MWh. Der Batteriespeicher mit einer Spitzenleistung von 150 MW dient vor allem dazu, die Netzfrequenz zu stabilisieren und sorgt dabei für sinkende Preise am Strommarkt für Endverbraucher. Des Weiteren gewährleistet die Hornsdale Power Reserve die (Versorgungs-)Sicherheit am südaustralischen Stromnetz. Der Energiespeicher konnte sich auch in der Praxis schon unter Beweis stellen, nämlich als 2019 eine Verbindungsleitung ausfiel. Die Batterie reagierte schnell auf die erhöhte Frequenz, sodass diese sich innerhalb weniger Minuten wieder normalisierte.
Platz 5: Rokkasho Village Wind Farm, Japan (245 MWh)
Unser 5. Platz geht an den Batteriespeicher der Rokkasho Village Wind Farm in Aomori, Japan. Dabei handelt es sich um den ersten Einsatz von Natrium-Schwefel-Akkumulatoren in diesem Maßstab. Die Anlage bietet zwar eine Spitzenleistung von vergleichsweise geringen 34 MW, kann aber dank einer Kapazität von 245 MWh diese über den ganzen Tag verteilt abgeben – zusammen mit den Windkraftwerken. Nachts, wo weniger Energie benötigt wird, lädt sich die Batterie wieder auf. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, dass auch in Zeiten niedriger Stromproduktion, zum Beispiel bei geringen Windgeschwindigkeiten das Stromnetz stabil bleibt. Das System wurde bereits im Jahr 2008 erbaut und war seinerzeit der erste kommerzielle Speicher im Megawattbereich.
Platz 4: Gateway Energy Storage, USA (250 MWh)
Der 4. Platz geht an den Gateway Energy Storage in Otay Mesa im US-Bundesstaat Kalifornien, etwas außerhalb von San Diego. Die Kapazität von 250 MWh lässt sich innerhalb einer einzigen Stunde abrufen. Demnach erreicht die Anlage eine Spitzenleistung von 250 MW (zumindest auf dem Papier, wenn die Verluste nicht einkalkuliert werden). Hauptgrund für die Errichtung dieses gigantischen Batteriespeichers ist die noch immer andauernde Stilllegung umliegender Gas- und Kernkraftwerke. Mit der Speicherung von Wind- und Solarenergie tritt der Gateway Energy Storage an die Stelle von ansonsten wenig umweltfreundlichen Alternativen. Dabei federt die Batterie nicht nur den Spitzenstrombedarf der Region ab, sondern soll den Vereinigten Staaten ebenso dabei helfen, ihre Klimaziele zu erreichen.
Platz 3 ist die größte Batterie im Land der aufgehenden Sonne: Buzen Substation, Japan (300 MWh)
In der Präfektur Fukoka befinden sich auf einem Areal von 14.000 m² 252 Container, gefüllt mit Natrium-Schwefel-Akkumulatoren. Dieser Akkutyp ist meist kostengünstiger, da im wesentlichen nur Aluminium, Natrium und Schwefel zur Herstellung benötigt werden. Trotz dessen liegt die Speicherdichte in etwa bei jener von Lithium-Ionen-Akkus. So kann die auf relativ kleinem Raum installierte Buzen Substation eine Spitzenleistung von 50 MW bei einer Kapazität von 300 MWh erreichen und landet deshalb auf dem 3. Platz unseres Rankings. Die Anlage ist Teil eines Pilotprojekts, das sich die Stabilisierung der Netzfrequenz in diesem Gebiet zum Ziel gesetzt hat. Des Weiteren wird Energie aus erneuerbaren Quellen eingespeist und bei Flaute wieder abgegeben. Betrieben wird die Einrichtung nicht direkt mit Netzspannung, sondern mit 6,6 kV.
Platz 2: Alamitos Energy Center, USA (400 MWh)
In Long Beach, Kalifornien, befindet sich das Alamitos Energy Center. Dabei handelt es sich um das zweitgrößte Kraftwerk des Bundesstaats mit einer Ausgangsleistung von bis zu 1.769 MW. Auf diesem Gelände befindet sich ebenfalls ein umfangreicher Energiespeicher mit einer Kapazität von 400 MWh. Das reicht für Platz 2 in unserem Ranking der größten Batterien der Welt. Die installierten Lithium-Ionen-Akkus bringen dabei eine Spitzenleistung von 100 MW auf und sind dafür ausgelegt, auf Spitzenlasten zu reagieren und diese bedarfsgerecht zu decken. Aus diesem Grund werden einige umliegende, veraltete Gaskraftwerke weniger genutzt, sodass damit einhergehend auch keine Abwässer (in Form von Kühlwasser) mehr ins Meer oder nahe Flüsse geleitet werden müssen.
Das Projekt verschlang in etwa 315 Millionen US-Dollar und wurde im Rahmen von Modernisierungsmaßnahmen am Kraftwerk selbst realisiert. Mit dem Bau der Batterie wurde 2019 begonnen, Anfang 2021 ging die Anlage ans Netz.
Platz 1: Moss Landing Energy Storage Facility, USA (1.200 MWh)
Mit Abstand auf Platz 1 im Ranking der größten Batterien der Welt landet die Moss Landing Energy Storage Facility in Monterey County, Kalifornien. Sie erreicht eine Spitzenleistung von 300 MW bei einer bisher unübertroffenen Kapazität von 1.200 MWh. Und das ist erst Phase 1 des Ausbaus. In dieser Region gibt es laut Betreiber genügend Potential (und Abnehmer) für bis zu 6.000 MWh. In Phase 1 wurden bisher 4.500 Racks mit jeweils 22 Batteriemodulen installiert.
Als Unterbringungsmöglichkeit dienen dabei die Turbinengebäude des dort befindlichen Gaskraftwerks, dem größten Kaliforniens. Dieses wurde umgebaut und saniert, um der neuen Technologie gerecht zu werden.
Batterie als wegweisender Zukunftsträger der Energieversorgung
Die Anlage wurde am 11. Dezember 2020 in Betrieb genommen und nutzt bereits bestehende Übertragungsleitungen, um die Netzstabilität zu verbessern. Außerdem soll sie eine Zuverlässigkeitslücke schließen, da der Zustrom fossiler Energieträger in Zukunft früher oder später abreißen könnte.
Den Betreibern dieses Schlüsselprojekts zufolge wird dieser Batteriespeicher in einer Größenordnung, die noch nie zuvor realisiert wurde, viele weitere Jahre als Modell für ähnliche Projekte im Energieversorgungssektor dienen.
Noch größer wird diese Batteriespeicheranlage der Zukunft: Der auf erneuerbare Energien spezialisierte Fonds CEP-Energy will im Jahr 2022 mit dem Bau einer 1.200-Megawatt-Anlage in Hunter Valley im australischen New South Wales beginnen. Ab 2023 wird hier dann der größte Akku der Welt stehen.
Die 3 leistungsstärksten Batteriespeicher in Deutschland
Batteriespeicher werden in unseren Breitengraden gar nicht so umfangreich genutzt. Hierzulande gibt es andere Möglichkeiten, wie sich überschüssige Energie speichern lässt. In Deutschland existieren zum Beispiel eine Reihe an Pumpspeicherkraftwerken mit einer Spitzenkapazität von über 6 Gigawattstunden. Das reicht europaweit für Platz 1. Trotzdem sind dank zunehmender Nutzung von Sonnen- und Windenergie ebenso 42 (Stand 2018) Batterien im Stromnetz angesiedelt.
Platz 3: Batteriespeicher Cremzow (38,4 MWh)
Den 3. Platz der größten Batteriespeicher Deutschlands erhält jener im brandenburgischen Cremzow. Dieser entstand aus einer Kooperation von Enel Green Power Deutschland mit dem Windkraftwerkbetreiber Enertrag. Die Batterie soll mit einer Spitzenleistung von 22 MW und einer Kapazität von rund 38,4 MWh nicht nur zur Stabilität des regionalen Stromnetzes beitragen. Der Speicher wird ebenso für die Zwischenspeicherung überschüssiger Energie aus Windkraftanlagen genutzt. Eingeweiht wurde das System im Mai 2019.
Platz 2: Batteriespeicher Jardelund (50 MWh)
Mit 50 MWh Kapazität und Spitzenleistungen von 48 MW reiht sich der Batteriespeicher Jardelund im Kreis Schleswig-Flensburg auf Platz 2 ein. Im Jahr 2018 fertiggestellt, soll der Speicher primär dazu dienen, Regelleistung zur Verfügung zu stellen, um die Netzstabilität zu sichern. Erbaut wurde die Anlage jedoch auch mit dem Hintergedanken Speichern statt verlieren. Das heißt, Windkraftenergie kann jederzeit eingefangen und bei Bedarf ins Netz einspeist werden. Verbaut sind bei diesem Speicher rund 10.000 einzelne Lithium-Ionen-Batterien, die ansonsten notwendige Gas- oder Kohlekraftwerke überflüssig machen.
Größte Batterie Europas – Platz 1: Netzbooster Kupferzell (250 MWh, aber noch in der Planungsphase)
Mit einer Spitzenleistung von 250 MW und einer Kapazität von 250 MWh landet der noch nicht fertiggestellte Netzbooster Kupferzell auf dem ersten Platz. Dabei handelt es sich um ein Pilotprojekt der TransnetBW mit Hauptsitz in Stuttgart. Zum Einsatz sollen Lithium-Ionen-Akkus kommen. Die Fertigstellung und Inbetriebnahme des Projekts sind für 2025 geplant, sofern bis dahin alle Genehmigungen für den Bau erteilt wurden. Der Batteriepark soll aber vermehrt bei Netzüberlastungen oder Unterversorgung entgegenwirken und dient nicht ausschließlich der Speicherung von Wind- oder Solarenergie. Vielmehr geht es bei diesem Projekt darum, die Netzsicherheit zu erhöhen. Die Akkus springen zum Beispiel dann ein, wenn Störungen oder Schäden am Leitungsnetz aufgrund von Naturkatastrophen eintreten.
Energiespeicher sind keine Neuheit
Die Idee des Energiespeicherns kam bereits im 18. Jahrhundert auf. Die Leidener Flasche ist nach heutiger Kenntnis die wohl älteste Version eines Kondensators. Der erste Akkumulator wurde ebenso bereits 1859 entwickelt. Doch für Pufferspeicher im Stromnetz waren diese absolut ungeeignet. Energie lässt sich schließlich viel einfacher speichern, wie zum Beispiel in Speicherseen.
Sogenannte Pumpspeicherkraftwerke wurden bereits kurz vor dem Beginn der Industrialisierung genutzt. Zwar nur, um Webstühle gleichmäßig anzutreiben, aber das Prinzip hat sich bis heute nicht verändert. Wasser wird in einen höher gelegenen See gepumpt, bei Bedarf wieder abgelassen und über eine Turbine geleitet. Dieses Prinzip lässt sich auch auf anderen Wegen anwenden. Zum Beispiel wurden 2016 erste Versuche mit hohlen Betonkugeln im Bodensee durchgeführt – mit dem Unterschied, dass hier die Druckabweichung statt eines Gefälles genutzt wird.
Unterstützung durch Batteriekraftwerke
Nicht überall ist es möglich, Speicherkraftwerke oder ähnliche Anlagen zu nutzen. Batterien hingegen lassen sich nahezu überall installieren und beliebig an den jeweiligen Energieüberschuss beziehungsweise -bedarf anpassen. Die rasche Ausbreitung von Solar- und Windkraft, vor allem in der Bundesrepublik, lässt darauf schließen, dass ebenso äquivalente Speichermöglichkeiten geschaffen werden.
Aus diesem Grund ist es nicht unwahrscheinlich, dass bereits in naher Zukunft viele kleine, dezentrale Batterien ans Stromnetz gehen, um Strom aus Überproduktion zu speichern und bei Bedarfsspitzen abzugeben. Einem Dokument des Deutschen Bundestags zufolge müssen deutsche Stromversorger insgesamt zu jeder Zeit rund 600 Megawatt an Leistung zur Stabilisierung des Stromnetzes verfügbar halten.
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