Pumpspeicherkraftwerke werden traditionell zur Energiespeicherung genutzt. Dabei wird zu Zeiten mit geringem Stromverbrauch oder Energieüberschuss Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken gepumpt. Bei Verbrauchsspitzen oder beispielsweise einer Windflaute kann dieses Wasser wieder zur Stromerzeugung genutzt werden.

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Wasserstoff kann mithilfe der sogenannten Elektrolyse gewonnen werden. Dabei wird Wasser (H₂O) mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) zerlegt. Der auf diese Weise erzeugte Wasserstoff wird als grüner Wasserstoff bezeichnet, wenn der dafür verwendete Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. Der erzeugte Wasserstoff lässt sich in speziellen Drucktanks sowie in unterirdischen Kavernen speichern und auf unterschiedliche Weise zu einem späteren Zeitpunkt energetisch nutzen – etwa zur Strom- oder Wärmeerzeugung.

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Power-to-Heat bezeichnet die Umwandlung von Strom in Wärme. Besonders sinnvoll ist dies in Zeiten mit hoher Erzeugung erneuerbarer Energien. Power-to-Heat-Anlagen entnehmen dann Strom aus dem Netz und wandeln ihn in Wärme um. In Kombination mit Wärmespeichern kann die erzeugte Wärme zwischengespeichert und bei Bedarf – zum Beispiel in den Abendstunden oder an kalten Tagen – in Wärmenetze oder Gebäude eingespeist werden. Dadurch lassen sich erneuerbare Energien auch im Wärmesektor flexibel und effizient nutzen.

Sie speichern elektrische Energie in Akkumulatoren auf elektrochemischer Basis. Diese Speicher können das Stromnetz stabilisieren und Lastschwankungen ausgleichen. Die Nachfrage wächst sowohl im industriellen Maßstab als auch im privaten Bereich – angetrieben durch den steigenden Anteil erneuerbarer Energien, die Notwendigkeit zur Netzstabilisierung und sinkende Technologiekosten. Kleine Batteriespeicher werden vor allem in privaten Haushalten eingesetzt – meist in Kombination mit Photovoltaikanlagen. Sie ermöglichen es, den tagsüber erzeugten Solarstrom auch in den Abendstunden oder nachts zu nutzen. In den letzten Jahren wurden zudem zahlreiche Großspeicheranlagen errichtet. Batteriespeichersysteme tragen zur Flexibilität des Energiesystems bei, indem sie Strom zwischenspeichern und bedarfsgerecht einspeisen. Sie stabilisieren die Netzfrequenz, reduzieren Abregelungen und machen dadurch einen noch größeren Anteil der installierten Kapazität zur Erzeugung erneuerbaren Stroms nutzbar.

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Mit der technischen Verbesserung der Elektrofahrzeuge ergeben sich mögliche Synergien zwischen dem Verkehrssektor und der Energieversorgung: Autos werden im Mittel nur etwa zwei Stunden am Tag gefahren. Mit seiner Batterie ist jedes Elektrofahrzeug während seiner Parkzeiten, wenn es mit dem Netz verbunden ist, ein potenzieller Stromspeicher. Die Batterie kann in dieser Zeit automatisch geladen werden. Diese Energie kann dann vom Auto selbst genutzt oder bei Bedarf ins Netz zurückgespeist werden. Da die Batterien der Elektroautos zeitlich variabel geladen werden können, lassen sich die tages- und jahreszeitlich schwankenden Anteile erneuerbarer Energien im Netz besser nutzen. Elektroautos können darüber hinaus einen wichtigen Beitrag zur CO₂-Vermeidung leisten. Schon mit dem aktuellen Strommix in Deutschland sind Elektroautos klimaschonender als Benzin- oder Dieselfahrzeuge. Die Batteriefahrzeuge haben derzeit aber noch eine geringere Reichweite, als es die Autofahrer gewohnt sind. Hier können Hybridfahrzeuge einen Ausgleich schaffen, die zusätzlich über einen Verbrennungsmotor und einen Kraftstofftank verfügen.

Die Anlagen eignen sich zur kurzfristigen Speicherung elektrischer Energie. Sie sind vergleichbar mit einem großen Akku. Druckluftspeicher nutzen zum Beispiel an windreichen Tagen überschüssigen Strom zur Erzeugung von Druckluft und lagert diese in einer Kaverne ein. Wenn die Energie wieder gebraucht wird, strömt die Druckluft in eine Turbine, treibt damit einen Generator an und erzeugt Strom.