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Energiespeicherung Windstrom aus dem Kompressor

Autor: Gary Huck

Wenn erneuerbare Energien in Zukunft die Stromversorgung tragen sollen, müssen sie auch konstant Energie liefern. Damit das funktioniert, braucht man leistungsstarke Speicher.

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So soll die Remora-Anlage mal aussehen: Ein Modul über Wasser, auf dem die Technik verstaut ist und eines unter Wasser, wo die eigentliche Speicherung stattfindet.
So soll die Remora-Anlage mal aussehen: Ein Modul über Wasser, auf dem die Technik verstaut ist und eines unter Wasser, wo die eigentliche Speicherung stattfindet.
(Bild: Segula Technologies)

Wenn die Energiewende gelingen soll, müssen erneuerbare Quellen wie Wind- und Photovoltaikanlagen das Rückgrat des Energienetzes bilden. Nun liegt es aber in der Natur von Wind und Sonne, dass sie nicht nach Bedarf an- und ausgeschaltet werden können. Wenn die Sonne scheint und der Wind bläst, wird Strom erzeugt, möglicherweise auch mehr, als gebraucht wird. Ist aber Flaute oder der Himmel wolkenverhangen, fließt auch keine Energie. Man braucht also leistungsstarke Speicher, um auch mit erneuerbaren Energieträgern das Stromnetz konstant bedienen zu können.

Momentan geht das am besten mit Pumpspeicherkraftwerken. Wasser wird mit überschüssiger Energie in einen Stausee gepumpt. Dieses Wasser wird, wenn Strom benötigt wird, durch Turbinen geleitet. Elektrische Energie wird in potenzielle Energie umgewandelt und dann wieder zurück. Stauseen brauchen viel Platz und wenn man noch die Schwerkraft einsetzen will, um das Wasser durch die Turbinen fließen zu lassen, muss der Wasserspeicher erhöht liegen.

Pumpspeichertechnologie ist räumlich beschränkt

Laut David Guyomarc’h, Leiter Forschung und Innovation des Remora-Projekts bei Segula Technologies, sind die räumlichen Voraussetzungen für diese Art von Kraftwerk bald erschöpft. Nur unter großem Aufwand, der nach ökologischen Gesichtspunkten nicht zu rechtfertigen wäre, könnte diese Art der Energiespeicherung weiter ausgebaut werden.

Segula Technologies arbeitet an einem anderen Konzept, mit dem die Energiespeicherung und Rückgewinnung skalierbar und zukunftsfähig werden soll: Dieses System nutzt Druckluft, um Energie zu speichern.

Die Technologie basiert auf der isothermen Verdichtung: Wenn Luft verdichtet wird, erhitzt sie sich; dehnt sie sich wieder aus, kühlt sie ab. Die großen Temperaturunterschiede stellen herkömmliche Kompressionsverfahren auf die Probe, denn sie müssen in beiden Temperaturbereichen effizient funktionieren.

Segula umgeht dieses Problem mit Wasser: Die Speicheranlagen werden ins Meer verlegt. Dort gibt es Wasser in Hülle und Fülle, das außerdem relativ konstant temperiert ist. Um die Luft zu verdichten, wird Wasser in einen Zylinder gepumpt. Die Luft erhitzt sich, kann die Wärme aber an das Wasser abgeben. Wenn sich die Druckluft wieder ausdehnt, wird das warme Wasser genutzt, um sie nicht zu stark abkühlen zu lassen. Während des gesamten Prozesses kann die Luft also in einem mittleren Temperaturbereich gehalten werden. Das schont auch die Anlagenkomponenten.

Dieser Prozess ist das Kernelement des Energiespeicherungs- und Rückgewinnungsverfahrens. Elektrischer Strom, vorzugsweise aus einer erneuerbaren Quelle, treibt Pumpen an, die Wasser in Zylinder pressen, um die Luft zu verdichten. Die komprimierte Luft wird, wenn wieder Strom erzeugt werden soll, über ein Ventil abgelassen. Sie dehnt sich aus und drückt Wasser durch eine Turbine.

Anlagen im Leistungsbereich bis 15 MW geplant

Bis jetzt wurde das Remora-Konzept nur auf einer landbasierten Testanlage erprobt. Dort wurde nachgewiesen, dass das System funktioniert. Der Energie-Output lag allerdings nur im Kilowatt-Bereich. Die eigentlichen Anlagen sollen einmal eine Gesamtkapazität von 15 MW haben. Segula will bis 2023 einen funktionsfähigen Off-Shore-Prototypen realisieren. Wenn dieses Ziel erreicht wird, könnte man nach Angaben von David Guyomarc’h um 2025/2026 mit einer Umsetzung im industriellen Maßstab rechnen.

Das Konzept könnte auch für den deutschen Markt interessant sein. Auch hier produzieren Windkraftwerke manchmal mehr Energie, als gebraucht wird, oder stehen in Segelstellung, wenn kein Bedarf da ist, aber Strom erzeugt werden könnte. Da vor allem in Nord- und Ostsee viel Windenergie produziert wird, macht eine Off-Shore-Speicheranlage durchaus Sinn.

Neben Energieversorgern, die als Nutzer infrage kommen, könnte auch der Maschinen- und Anlagenbau einen Vorteil aus dem Ausbau solcher Anlagen ziehen. Jedes der Module soll aus zwei Teilen bestehen: einer Schwimmplattform, auf der alle Teile zur Speicherung und Rückgewinnung der Energie verbaut sind, und mehreren Druckbehältern unter Wasser, in denen die Luft gespeichert wird. Für beide Module werden mechanische Komponenten verwendet, wie sie auch in anderen Industrieanlagen zum Einsatz kommen. Neben der Fertigung dieser Komponenten ist ihre Weiterentwicklung auch ein Tätigkeitsfeld für die Maschinenbauer.

Laut Segula liegt der Wirkungsgrad des Systems momentan bei 70 %. Der Großteil der Verlustleistung entfalle aber auf Teile wie Pumpen, Turbinen und Ventile. Das Verdichtungsverfahren selbst habe einen Wirkungsgrad von 98 %. Verbesserungspotenzial steckt also quasi ausschließlich in den Komponenten selbst.

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