LAES steht für Liquid Air Energy Storage. Ein Flüssigluftspeicher speichert Energie, indem Luft mit elektrischer Energie stark abgekühlt und verflüssigt wird. Die flüssige Luft wird in isolierten Tanks gelagert. Wenn wieder Strom benötigt wird, wird sie erwärmt, verdampft und expandiert. Der entstehende Druck treibt eine Turbine oder einen Expander an, der über einen Generator elektrische Energie erzeugt.
Die Technik nutzt keinen seltenen chemischen Speicherstoff. Das Speichermedium ist Umgebungsluft, genauer ein Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff und weiteren Gasen. Für die Verflüssigung muss die Luft auf sehr niedrige Temperaturen gebracht werden, typischerweise in der Größenordnung von minus 196 Grad Celsius. Der Speicherinhalt liegt dann als kryogene Flüssigkeit vor. Die gespeicherte Energiemenge wird wie bei anderen Stromspeichern in Kilowattstunden, Megawattstunden oder Gigawattstunden angegeben. Die Leistung der Anlage, also wie viel Strom sie beim Laden aufnehmen oder beim Entladen abgeben kann, wird in Kilowatt, Megawatt oder Gigawatt beschrieben. Diese Unterscheidung zwischen Energiemenge und Leistung ist für Flüssigluftspeicher besonders wichtig, weil Tankgröße, Verflüssigungsanlage und Turbine technisch getrennt dimensioniert werden können.
Technische Funktion im Stromsystem
Ein Flüssigluftspeicher besteht im Kern aus drei Funktionsbereichen: der Verflüssigung, der kryogenen Speicherung und der Rückverstromung. Beim Laden wird Luft gereinigt, komprimiert und über mehrere Kühlstufen so weit abgekühlt, dass sie flüssig wird. Dabei fällt Wärme an, die möglichst nicht ungenutzt verloren gehen sollte. Beim Entladen wird die flüssige Luft mit Umgebungswärme, gespeicherter Prozesswärme oder industrieller Abwärme wieder erwärmt. Durch den Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig vergrößert sich ihr Volumen stark. Diese Expansion kann mechanische Arbeit leisten.
Der Wirkungsgrad eines LAES hängt wesentlich davon ab, wie gut Kälte und Wärme im Kreislauf geführt werden. Wird die beim Entladen entstehende Kälte für den nächsten Verflüssigungsvorgang gespeichert, sinkt der Strombedarf beim Laden. Wird zusätzlich Abwärme aus Industrieprozessen, Rechenzentren, Kraftwerken oder anderen Quellen genutzt, kann die Rückverstromung verbessert werden. Ohne solche Wärme- und Kälteintegration liegen Flüssigluftspeicher energetisch ungünstiger als viele Batteriespeicher. Mit guter Prozessintegration können sie in einen Bereich kommen, der für bestimmte Anwendungen wirtschaftlich interessant wird, aber sie erreichen in der Regel nicht die sehr hohen Rundlaufwirkungsgrade von Lithium-Ionen-Batterien.
Der Begriff Rundlaufwirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis zwischen der später abgegebenen elektrischen Energie und der zuvor aufgenommenen elektrischen Energie. Wenn ein Speicher 100 Megawattstunden Strom aufnimmt und später 55 Megawattstunden abgibt, beträgt der Wirkungsgrad 55 Prozent. Diese Zahl sagt jedoch nicht allein, ob ein Speicher im Stromsystem nützlich ist. Relevant sind auch Lebensdauer, Standort, Speicherdauer, Verfügbarkeit, Investitionskosten, Anschlusskosten, Flächenbedarf, Genehmigungsrisiken und die Frage, welche Alternativen für dieselbe Aufgabe zur Verfügung stehen.
Abgrenzung zu Batterien, Pumpspeichern und Wasserstoff
Flüssigluftspeicher werden häufig mit Batterien verglichen, weil beide Strom aufnehmen und später wieder Strom abgeben können. Technisch liegen sie jedoch auf unterschiedlichen Ebenen. Eine Batterie speichert Energie elektrochemisch. Sie reagiert sehr schnell, eignet sich gut für kurze Zyklen und kann Leistung innerhalb von Millisekunden bereitstellen. Ein Flüssigluftspeicher ist eine thermomechanische Anlage mit Verdichtern, Wärmetauschern, Tanks und Turbinen. Er ist eher mit Industrie- und Kraftwerkstechnik verwandt als mit Zellchemie.
Im Vergleich zu Pumpspeicherkraftwerken benötigt LAES kein Höhengefälle und kein großes Wasserreservoir. Das erleichtert die Standortsuche, ersetzt aber nicht den Bedarf an geeigneten Flächen, Netzanschlüssen, Kühl- und Wärmekonzepten sowie industrieller Einbindung. Pumpspeicher sind technisch ausgereift, sehr langlebig und in geeigneten Regionen schwer zu schlagen. Flüssigluftspeicher werden dort interessant, wo geographische Voraussetzungen für Pumpspeicher fehlen oder wo vorhandene Wärme- und Kältequellen die Anlage verbessern.
Von Wasserstoffspeichern unterscheidet sich LAES vor allem durch die Zeitskala und die Umwandlungskette. Wasserstoff kann für saisonale Speicherung, industrielle Nutzung und als Energieträger in mehreren Sektoren relevant sein. Die Rückverstromung über Gasturbinen, Brennstoffzellen oder Motoren ist jedoch mit zusätzlichen Verlusten und eigener Infrastruktur verbunden. Flüssigluftspeicher sind stärker auf stationäre Stromspeicherung im Bereich mehrerer Stunden bis möglicherweise einiger Tage ausgerichtet. Sie sind deshalb keine direkte Antwort auf jede Form von Langzeitspeicher, wenn darunter monatelange saisonale Verschiebung verstanden wird.
Auch mit Druckluftspeichern, meist CAES genannt, besteht eine technische Nähe. Beide nutzen Luft und Verdichtung. CAES speichert Druckluft oft in unterirdischen Kavernen. LAES speichert verflüssigte Luft in Tanks bei sehr niedrigen Temperaturen. Daraus folgen andere Standortanforderungen und andere Verluste. Die Abgrenzung ist wichtig, weil beide Speicherarten in Debatten über große Stromspeicher ähnlich klingen, aber unterschiedliche technische Engpässe haben.
Warum LAES für ein erneuerbares Stromsystem relevant sein kann
Mit steigenden Anteilen von Windenergie und Photovoltaik wächst der Bedarf an Flexibilität. Stromerzeugung und Stromverbrauch fallen häufiger zeitlich auseinander. In Stunden mit hoher Einspeisung können Preise stark sinken oder erneuerbare Anlagen abgeregelt werden, wenn Netze, Nachfrage oder Speicher den Strom nicht aufnehmen. In Stunden mit geringer Wind- und Solarproduktion muss Leistung aus anderen Quellen bereitstehen. Speicher können diese zeitliche Verschiebung teilweise übernehmen.
Flüssigluftspeicher passen besonders zu Anwendungen, bei denen größere Energiemengen über mehrere Stunden gespeichert werden sollen und bei denen sehr schnelle Reaktionszeiten weniger im Vordergrund stehen als robuste stationäre Kapazität. Sie können zur Glättung der Residuallast beitragen, also jener Last, die nach Abzug der Einspeisung aus Wind und Photovoltaik noch durch steuerbare Kraftwerke, Speicher, Importe oder flexible Verbraucher gedeckt werden muss. Sie können außerdem Systemdienstleistungen erbringen, wenn Anlagenkonzept und Marktregeln dies zulassen.
Die praktische Bedeutung hängt aber nicht allein von der physikalischen Machbarkeit ab. Ein Speicher wird gebaut, wenn sich die Investition über Erlöse, vermiedene Kosten oder regulatorisch anerkannte Funktionen tragen kann. Mögliche Erlösquellen sind Strompreisunterschiede zwischen Lade- und Entladezeiten, Regelenergie, Kapazitätsmechanismen, Netzdienstleistungen oder industrielle Wärme- und Kälteintegration. Viele dieser Werte entstehen an unterschiedlichen Stellen des Stromsystems. Ein Betreiber kann sie nicht automatisch gemeinsam nutzen, weil Marktregeln, Netzentgelte, Bilanzierungsregeln und Zuständigkeiten getrennt organisiert sind. Der Konflikt entsteht dort, wo technische Möglichkeit, Marktregel und politische Zuständigkeit auseinanderfallen.
Typische Missverständnisse
Ein häufiges Missverständnis lautet, Flüssigluftspeicher würden Strom verlustfrei in flüssiger Luft aufbewahren. Tatsächlich wird elektrische Energie in einen thermodynamischen Zustand überführt, der später nur teilweise wieder in Strom zurückgewandelt werden kann. Die Verluste sind kein Randdetail, sondern prägen die Einsatzlogik. Ein Speicher mit geringerem Wirkungsgrad braucht größere Preisunterschiede oder zusätzliche Nutzen, um wirtschaftlich zu arbeiten.
Ebenso ungenau ist die Aussage, LAES löse das Speicherproblem der Energiewende. Es gibt nicht ein einheitliches Speicherproblem. Kurzfristige Frequenzhaltung, Verschiebung von Solarstrom vom Mittag in den Abend, mehrtägige Dunkelflauten, saisonale Reserve, Netzengpassmanagement und industrielle Versorgungssicherheit sind verschiedene Aufgaben. Ein Flüssigluftspeicher kann einige davon bedienen, andere nur begrenzt oder gar nicht. Die Frage verschiebt sich damit von der Existenz einer Speichertechnik zu ihrer passenden Systemfunktion.
Verkürzt ist auch die Gleichsetzung von Speicherkapazität und Versorgungssicherheit. Ein LAES mit großer Energiemenge hilft nur, wenn er zum richtigen Zeitpunkt geladen ist, über ausreichende Entladeleistung verfügt, netzseitig angeschlossen werden kann und in den Betriebsabläufen des Stromsystems berücksichtigt wird. Versorgungssicherheit entsteht aus dem Zusammenspiel von Erzeugung, Netzen, Speichern, Nachfrageflexibilität, Reserven, Marktregeln und operativer Steuerung. Speicher erhöhen Optionen, ersetzen aber keine saubere Planung dieser Zusammenhänge.
Ein weiteres Missverständnis betrifft die Umweltwirkung. Da Luft als Speichermedium verfügbar ist, erscheint die Technik stofflich einfach. Für die Anlage werden dennoch große technische Komponenten, Tanks, Wärmetauscher, Verdichter, Turbinen, Bauflächen und Netzanschlüsse benötigt. Die Klimawirkung hängt außerdem davon ab, welcher Strom zum Laden verwendet wird und welche konventionelle Erzeugung beim Entladen verdrängt wird. Ein Speicher ist kein eigener Energieerzeuger. Er verschiebt Energie zeitlich und verändert dadurch die Nutzung anderer Anlagen.
Einordnung
LAES ist eine Speichertechnologie für ein Stromsystem, in dem zeitliche Verschiebung, steuerbare Leistung und industrielle Integration an Bedeutung gewinnen. Ihre Stärke liegt weniger in maximalem Wirkungsgrad als in der Möglichkeit, große stationäre Anlagen mit vergleichsweise gut verfügbaren Materialien und skalierbaren Tanks zu bauen. Ihre Schwäche liegt in den thermodynamischen Verlusten und in der Abhängigkeit von einem passenden Wärme- und Kältekonzept sowie von Erlösmodellen, die die bereitgestellte Flexibilität tatsächlich vergüten.
Der Begriff Flüssigluftspeicher bezeichnet daher keine universelle Speicherlösung, sondern eine konkrete technische Option innerhalb eines größeren Werkzeugkastens. Präzise verwendet beschreibt LAES eine thermomechanische Stromspeicherung mit kryogener Luft, getrennt dimensionierbarer Leistung und Energiemenge, relevanten Umwandlungsverlusten und möglichem Nutzen für Stunden- bis Tagesverschiebungen. Seine Bedeutung im Stromsystem ergibt sich aus der Aufgabe, die er erfüllt, nicht aus dem Speichermedium allein.