Long Duration Energy Storage

Long Duration Energy Storage, kurz LDES, bezeichnet Speichertechnologien, die elektrische Energie oder eine daraus erzeugte Energieform über längere Zeiträume speichern und später wieder nutzbar machen können. Gemeint sind Speicher, deren Aufgabe über die kurzfristige Stabilisierung des Stromsystems hinausgeht. Sie sollen Strommengen von Zeiten mit hoher Erzeugung oder niedriger Nachfrage in Zeiten verschieben, in denen Strom knapp, teuer oder für die Versorgungssicherheit besonders wertvoll ist.

Eine einheitliche technische Grenze gibt es nicht. In vielen energiewirtschaftlichen Debatten beginnt LDES dort, wo typische Kurzzeitspeicher mit zwei bis vier Stunden Entladedauer nicht mehr ausreichen. Manche Definitionen setzen die Schwelle bei acht oder zehn Stunden an, andere sprechen erst bei mehrtägiger oder saisonaler Speicherung von Langzeitspeichern. Für die Einordnung ist deshalb weniger das Etikett maßgeblich als die Kombination aus Speicherleistung, Speicherkapazität und Einsatzdauer.

Die Speicherleistung wird in Kilowatt, Megawatt oder Gigawatt angegeben. Sie beschreibt, wie viel elektrische Leistung ein Speicher zu einem Zeitpunkt aufnehmen oder abgeben kann. Die Speicherkapazität wird in Kilowattstunden, Megawattstunden oder Gigawattstunden gemessen. Sie beschreibt die Energiemenge, die gespeichert werden kann. Die Entladedauer ergibt sich aus dem Verhältnis von Energieinhalt zu Leistung. Ein Speicher mit 100 Megawatt Leistung und 400 Megawattstunden Kapazität kann rechnerisch vier Stunden lang mit voller Leistung liefern. Ein Speicher mit derselben Leistung und 4.000 Megawattstunden Kapazität erreicht vierzig Stunden.

Diese Unterscheidung ist zentral, weil viele Missverständnisse aus der Vermischung von Leistung und Energie entstehen. Ein Batteriespeicher kann sehr schnell reagieren und hohe Leistung bereitstellen, aber seine gespeicherte Energiemenge kann begrenzt sein. Ein Wasserstoffspeicher kann große Energiemengen über lange Zeit halten, liefert Strom aber nur über Elektrolyse, Speicherung und Rückverstromung mit erheblichen Umwandlungsverlusten. Beide können Speicher sein, erfüllen im Stromsystem aber unterschiedliche Funktionen.

Abgrenzung zu Kurzzeitspeichern und Reservekraftwerken

LDES ist kein Synonym für Batterie und auch kein Ersatzbegriff für jedes Kraftwerk, das bei Knappheit einspringt. Kurzzeitspeicher wie viele Lithium-Ionen-Batterien sind besonders geeignet für Frequenzhaltung, kurzfristige Ausgleichsenergie, netzdienliche Eingriffe und die Verschiebung von Solarstrom innerhalb eines Tages. Sie arbeiten häufig mit vielen Zyklen pro Jahr und verdienen ihre Erlöse über Preisdifferenzen, Systemdienstleistungen oder die Vermeidung von Netzentgelten.

Langzeitspeicher adressieren andere Zeiträume. Sie können mehrtägige Phasen mit niedriger Wind- und Solarstromerzeugung überbrücken, länger anhaltende Lastspitzen abfedern oder saisonale Unterschiede zwischen Stromerzeugung und Strombedarf mindern. Dazu zählen je nach Auslegung Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicher, thermische Speicher, Redox-Flow-Batterien, Eisen-Luft- oder Natrium-basierte Batterien, Wasserstoffspeicher, synthetische Energieträger und weitere chemische oder mechanische Speicherformen.

Von Reservekraftwerken unterscheiden sich Langzeitspeicher dadurch, dass sie Energie zuvor aufnehmen müssen. Ein Gaskraftwerk mit Brennstoffvorrat erzeugt Strom aus einem Primärenergieträger. Ein Speicher verschiebt bereits erzeugte Energie. Bei Wasserstoff wird die Grenze unscharf, weil Wasserstoff sowohl Speicherform für Stromüberschüsse als auch Energieträger aus anderen Quellen sein kann. Für die Bewertung muss daher offengelegt werden, ob der Wasserstoff aus Strom erzeugt wurde, wann er erzeugt wurde und welche Infrastruktur für Speicherung und Rückverstromung benötigt wird.

Auch Flexibilität ist nicht dasselbe wie LDES. Flexibilität umfasst jede Fähigkeit, Einspeisung oder Verbrauch zeitlich anzupassen. Dazu gehören steuerbare Kraftwerke, flexible Industrieprozesse, Lastverschiebung, Netzausbau, Speicher und Importe. LDES ist eine mögliche Form von Flexibilität, aber nicht die einzige. In vielen Situationen ist Lastverschiebung günstiger als Speicherung, in anderen Situationen braucht das System gespeicherte Energie, weil Nachfrage nicht beliebig verlegt werden kann.

Warum längere Speicherzeiten relevanter werden

Ein Stromsystem mit hohem Anteil aus Windenergie und Photovoltaik hat andere Engpässe als ein Stromsystem, das überwiegend mit fossilen Kraftwerken betrieben wird. Konventionelle Kraftwerke bringen Brennstofflager, rotierende Massen und planbare Fahrweise mit. Wind- und Solaranlagen haben sehr niedrige variable Kosten, ihre Einspeisung folgt jedoch Wetter, Tageszeit und Jahreszeit. Dadurch entstehen Zeiten mit sehr niedrigen Strompreisen und hoher Einspeisung sowie Zeiten, in denen die Residuallast hoch ist.

Kurzzeitspeicher können tägliche Schwankungen ausgleichen, etwa wenn Solarstrom vom Mittag in den Abend verschoben wird. Mehrtägige Windflauten im Winter stellen eine andere Aufgabe. Dann reicht es nicht, Strom um einige Stunden zu verschieben. Benötigt wird gespeicherte Energie über einen Zeitraum, in dem die Einspeisung aus Wind und Sonne anhaltend niedrig bleibt und der Stromverbrauch durch Wärme, Industrie und Verkehr hoch sein kann.

Der Begriff Dunkelflaute wird in diesem Zusammenhang oft verwendet. Er beschreibt eine Phase mit geringer Wind- und Solarstromerzeugung. Für die Systemplanung reicht dieser Begriff allein jedoch nicht aus. Relevant sind Dauer, räumliche Ausdehnung, Temperatur, verfügbare Importe, Kraftwerksverfügbarkeit, Netzengpässe und Verbrauchsverhalten. LDES kann einen Teil dieser Risiken abdecken, muss aber in ein Bündel aus gesicherter Leistung, Netzen, Nachfrageflexibilität, europäischen Ausgleichseffekten und Marktregeln eingeordnet werden.

Mit der Elektrifizierung wächst die Bedeutung dieser Zeitdimension. Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge und elektrische Industrieprozesse erhöhen den Strombedarf, können aber teilweise auch flexibel betrieben werden. Ein höherer Stromverbrauch bedeutet deshalb nicht automatisch, dass Langzeitspeicher im gleichen Verhältnis wachsen müssen. Maßgeblich sind Lastprofile, steuerbare Anteile, Netzkapazitäten und die Frage, welche Strommengen in kritischen Stunden gesichert verfügbar sein müssen.

Wirtschaftlichkeit und institutionelle Regeln

Ein Langzeitspeicher kann technisch sinnvoll und trotzdem wirtschaftlich schwer finanzierbar sein. Der Grund liegt in seiner Einsatzhäufigkeit. Speicher, die täglich laden und entladen, können viele Zyklen pro Jahr erzielen. Ihre Investitionskosten verteilen sich auf viele Einsätze. Speicher für seltene Knappheitslagen haben wenige Zyklen. Sie können für Versorgungssicherheit wertvoll sein, erzielen aber am Strommarkt nur dann ausreichende Erlöse, wenn Preisspitzen häufig genug auftreten, hoch genug sind und regulatorisch zugelassen werden.

Aus dieser Ordnung folgt ein bekanntes Investitionsproblem. Der Energy-only-Markt vergütet in erster Linie erzeugte oder verbrauchte Kilowattstunden zu einem Preis je Stunde. Versorgungssicherheit verlangt jedoch auch die Verfügbarkeit von Leistung und Energie in seltenen Stresssituationen. Wenn diese Verfügbarkeit nicht verlässlich vergütet wird, entstehen zu geringe Investitionsanreize für Anlagen, die selten laufen, aber in kritischen Stunden benötigt werden.

Kapazitätsmechanismen, strategische Reserven, Systemdienstleistungsmärkte oder langfristige Ausschreibungen können solche Anreize ergänzen. Sie verändern aber auch Zuständigkeiten und Risiken. Wer bezahlt die Vorhaltung? Welche Technologie darf teilnehmen? Wie wird verhindert, dass ineffiziente oder klimapolitisch unerwünschte Lösungen dauerhaft abgesichert werden? Wie wird nachgewiesen, dass ein Speicher in einer Knappheitslage wirklich verfügbar ist? Wer die Wirkung verstehen will, muss die Regel betrachten, die sie erzeugt.

Auch Netzentgelte, Abgaben und Anschlussregeln prägen die Wirtschaftlichkeit. Ein Speicher kann netzdienlich wirken, wenn er lokale Einspeisespitzen aufnimmt oder Lastspitzen reduziert. Er kann aber auch zusätzliche Netzbelastung erzeugen, wenn er zu Zeiten lädt, in denen das Netz bereits angespannt ist. Die Bewertung hängt nicht allein vom Speicher ab, sondern vom Ort im Netz, vom Fahrplan und von den Regeln, nach denen Laden und Entladen bepreist werden.

Typische Verkürzungen

Eine verbreitete Fehlinterpretation lautet, LDES löse das Speicherproblem eines erneuerbaren Stromsystems als einzelne Technologieklasse. Diese Sicht verdeckt die Vielfalt der Zeiträume. Frequenzhaltung, Tagesausgleich, Wochenlücken und saisonale Verschiebung verlangen verschiedene technische Eigenschaften. Ein Speicher mit hoher Effizienz, aber begrenzter Kapazität kann für tägliche Zyklen sehr gut sein. Ein Speicher mit niedrigerem Wirkungsgrad kann für seltene Langzeitanwendungen sinnvoll sein, wenn seine Speicherkapazität günstig ist und Energieverluste weniger stark ins Gewicht fallen als die Verfügbarkeit in Knappheitsphasen.

Ebenso irreführend ist die Gleichsetzung von langer Speicherdauer mit hoher Versorgungssicherheit. Versorgungssicherheit entsteht nicht aus einem Speicheretikett, sondern aus nachweisbarer Verfügbarkeit unter realen Bedingungen. Dazu gehören gefüllte Speicher, funktionsfähige Umwandlungsanlagen, ausreichende Anschlussleistung, Brennstoff- oder Speichermengen, qualifiziertes Personal, klare Abrufregeln und eine Markt- oder Reserveordnung, die den Einsatz im Knappheitsfall regelt.

Der Wirkungsgrad wird häufig isoliert bewertet. Für Kurzzeitspeicher ist ein hoher Rundlaufwirkungsgrad besonders wichtig, weil viele Lade- und Entladevorgänge stattfinden. Bei saisonaler Speicherung können andere Größen stärker ins Gewicht fallen: Kosten der Speicherkapazität, Flächen- und Standortbedarf, Skalierbarkeit, Sicherheit, Genehmigungsdauer und die Möglichkeit, große Energiemengen über Monate zu halten. Ein Wasserstoffpfad mit niedrigerem Gesamtwirkungsgrad kann in einer seltenen Knappheitslage trotzdem eine Funktion erfüllen, die ein hocheffizienter Kurzzeitspeicher mangels Energiemenge nicht leisten kann.

LDES beschreibt damit keine einfache Antwort, sondern eine bestimmte Rolle im Stromsystem: die zeitliche Verschiebung größerer Energiemengen über längere Zeiträume. Der Begriff wird präzise, wenn Leistung, Kapazität, Entladedauer, Wirkungsgrad, Einsatzhäufigkeit, Standort und Vergütungsregel gemeinsam betrachtet werden. Ohne diese Angaben bleibt Long Duration Energy Storage ein Sammelbegriff für sehr unterschiedliche Technologien, deren Nutzen erst im Zusammenspiel mit Netzbetrieb, Marktregeln und Versorgungssicherheit bestimmbar wird.