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Neue Methoden der Energiespeicherung: Unterwasserkugel und bestehendes Gasverbundnetz

Die Stromerzeugung durch sogenannte alternative Formen der Energiegewinnung wie Windkraft oder Solarenergie gewinnt im deutschen Strommarkt wie auch weltweit immer mehr an Gewicht. Wettervorhersagen spielen für die Energiewirtschaft mittlerweile eine große Rolle: Wie viel Sonneneinstrahlung ist zu erwarten, wie sind die prognostizierten Windgeschwindigkeiten? Gerade Windenergie und Sonnenenergie erzeugen dabei zu gewissen Zeiten viel Strom, zu anderen Zeiten weniger oder gar keinen. Gleichzeitig müssen die Stromnetzbetreiber bestrebt sein, Netzschwankungen auszugleichen und man möchte möglichst zu einem Zeitpunkt in großen Mengen anfallende Energie speichern, um sie zu Zeitpunkten, an denen sie benötigt wird, ins Netz einzuspeisen (und das Ganze möglichst verlustfrei). Ein geradezu klassischer Weg der Energiespeicherung sind Pumpspeicherkraftwerke (Energieerzeugung durch Wasserkraft). Neue Ideen von Wissenschaftlern und Ingenieuren zur Energiespeicherung klingen sehr vielversprechend: Das bestehende Gasnetz in Deutschland nutzen oder eine Art Pumpspeicherkraftwerk durch im Wasser versenkte Kugeln nutzen.

Was ist ein Pumpspeicherkraftwerk?

Was ein Pumpspeicherkraftwerk ist, erklärt Wikipedia: „Ein Pumpspeicherkraftwerk (auch Pumpspeicherwerk (PSW) oder, insbesondere in der Schweiz, Umwälzwerk[1] genannt) ist eine besondere Form eines Speicherkraftwerkes und dient der Speicherung von elektrischer Energie durch Hinaufpumpen von Wasser. Dieses Wasser lässt man später wieder bergab fließen und erzeugt dabei mittels Turbinen und Generatoren wieder elektrischen Strom. Die elektrische Energie wird durch Umwandlung in potentielle Energie von Wasser gespeichert und nach Umwandlung dieser potentiellen Energie in elektrische Energie wieder ins Netz gespeist. Aufgrund des Wirkungsgrades von ca. 75 % bis 80 % über einen Pumpzyklus wird die aufgenommene Energie nur zum Teil wieder an das Netz zurückgegeben. Pumpspeicherkraftwerke stellen gegenwärtig weiterhin die einzig nennenswerte technische Möglichkeit dar, großtechnisch elektrische Energie unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu speichern.[2] Pumpspeicherkraftwerke dienen primär dazu, um in nachfrageschwachen Zeiten wie in der Nacht oder an Wochenenden ein Überangebot von elektrischer Leistung im Stromnetz durch den Pumpbetrieb aufnehmen zu können. Zu Zeiten mit hoher Stromnachfrage wird die gespeicherte Energie zur Deckung der Spitzenlast an das Stromnetz abgegeben. Sie ermöglichen in Kombination mit anderen Kraftwerken, die weniger oder gar nicht regelbar sind, eine in Summe gleichmäßigere Auslastung.“.

Energie aus der Betonkugel

Ganz ähnlich – mehr oder weniger nach dem gleichen Prinzip – und doch etwas anders ist eine Idee zur Energiespeicherung, die derzeit vom Frauenhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik erforscht wird, welches hierzu eine große Betonkugel im Bodensee versenkte. Die Schwäbische berichtet: „Im Fall der Betonkugel stellt sich der Ablauf folgendermaßen dar: Die Kugel ist mit Luft gefüllt, dem Speicherzustand. Bei Energiebedarf wird ein Ventil geöffnet. Die Luft entweicht, während das eindringende Wasser eine Turbine antreibt. Ist die Kugel vollgelaufen oder schon zuvor genug Strom entstanden, wird mit einem Kompressor Luft hineingedrückt. Sie drängt das Wasser wieder nach außen. Die Kugel steht für den nächsten Einsatz bereit. Die Idee zur dieser Art von Ökostrom-Speicherung stammt von Horst Schmidt-Böcking und Gerhard Luther, zwei Physikprofessoren. […] Uwe Krengel, Sprecher des Fraunhofer Instituts, verweist darauf, dass „an einen Einsatz in richtigen Meeren gedacht ist“. Dies hat physikalische Gründe. Je tiefer eine solche Kugel installiert wird, desto größter ist ihr Speichervermögen. Ein Effekt, der am steigenden Wasserdruck liegt. Die Fraunhofer-Forscher denken dabei auch an Kugeln mit einem Innendurchmesser von 30Metern. Nach ihren Berechnungen hätten sie bei 700 Metern Wassertiefe ein Speichervolumen von 20 Megawattstunden.“.

Das Gasnetz mit Methangas nutzen

Einen anderen, eleganten Ansatz zur Energiesepicherung stellt Benjamin Jargstorf von der Factor 4 Energy Project GmbH in einem Paper mit dem Titel „Heiner Flassbeck über die Energiewende – Si tacuiss es …“ vor, welches die Nachdenkseiten als PDF veröffentlicht haben: „Ohne das Thema vollständig behandeln zu können, will ich die bereits bestehenden Energiespeicherzur  Sprache  bringen.  Dabei  mache  ich  nicht  den  Fehler,  meine Betrachtung  auf  den  Stromsektor zu beschränken, sondern berücksichtige auch ein bestehendes Energienetz, was im Gegensatz zum Verbundnetz in der öffentlichen Wahrnehmung praktisch nicht vorkommt: das Gasverbundnetz in Deutschland. […] wenn man die Energiespeicherfähigkeit beider Netze vergleicht: Da ist das Strometz mit 0,04 TWh eine absolute Katastrophe:  die  gespeicherte  Energie  (hauptsächlich  aus  Pumpspeicherwerken)  reicht  nämlich gerade  mal  aus,  um  das  elektrische  Netz  für  36  Minuten  mit  Strom  zu  versorgen  (0,6  Stunden). Demgegenüber verfügt das Gasnetz über eine Speicherkapazität von 217 TWh, mit der das Netz 2.000 Stunden oder 83 Tage lang versorgt werden könnte. […] Und hier wird es jetzt richtig interessant für die Ökonomen: die gesamte Speicherinfrastruktur im Gasnetz existiert bereits und ist weitestgehend abgeschrieben. Wir brauchen also nur noch Überschußstrom  in  Gas  (Methangas)  verwandeln  und  in  das Gasnetz  einspeisen.  Das  Gute  daran  ist, dass diese Einspeisung praktisch überall dort erfolgen kann, wo die Überschüssen anfallen. Natürlich  entstehen  bei  der  praktischen  Umwandlung von  Strom  in  Gas (Power-to-Gas) Verluste, aber da wir für die  Investitionen in den eigentlichen Speicher nichts mehr bezahlen müssen, können diese Verluste die ökonomischen Vorteile der Power-to-Gas Lösung letztlich nicht zunichte machen. Bei der Stromspeicherung in Batterien müssen nicht nur die Batterien angeschafft und regelmäßig  ersetzt werden, sondern  auch noch umweltfreundlich entsorgt werden. Solche Kosten und Umweltbelastungen entstehen bei Power-to-Gas nicht.“.

3 Kommentare

  1. “ Energie aus der Betonkugel “
    Was soll das mit dem Bau einer Betonkugel – eine Halbkugel aus Stahl wäre wesentlich praktischer.
    Das Prinzip ist übrigens nicht neu – sgn. Taucherglocken nutzte man schon vor 100 Jahren bei Baustellen die unter der Wasseroberfläche lagen.

    Der Nutzen derartiger „Energiespeicher“ ist unter Beachtung aller Parameter „Nice to Have“ .

      1. Und warum geschlossen? Dieser Speicher soll doch ohnehin mal mit Luft und dann wieder mit Seewasser geflutet werden. Deshalb müssen doch sowieso Flutöffnungen drin sein, also kann man den Speicher für die Wasserspeigatten unten gleich offen bauen. – Da spart man schon mal Ventile, die nicht nur teuer und wartungsintensiv sind, sondern auch leicht mal verstopfen.

        Die Halbkugelform wählt man eigentlich nur für die Formstabilität dieses Konstruktionskörpers, sonst könnte man auch eine Kegel- oder Zylinderform wählen.

        Außerdem ließe sich so etwas in einem Trockendock wesentlich leichter technisch realisieren, und anschließend auch unproblematischer zum Bestimmungort transportieren.

        Für all diese technischen Ausführungsdinge muß man allerdings über Erfahrung verfügen 😉

        Es ja nicht zum ersten Mal, dass sich Ingenieure über dieses Thema intensiv Gedanken gemacht haben. – Am Ende siegte immer eine Ernüchterung.

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