Abbildung: Das Kraftwerk Andasol produziert auf einer Fläche von sechs Quadratkilometern Strom für etwa 200.000 Menschen

Regenerative Energieerzeugung erfordert zusätzliche Kapazitäten zur Stromspeicherung. Da die klassischen Pumpspeicherkraftwerke nicht ausreichen und auch nicht überall möglich sind, werden weltweit neue Methoden erforscht und ausprobiert. Mitunter bringen uns die neuartigen Energiespeicher-Ideen an die Grenze unserer Vorstellungskraft. Hier drei Beispiele.

Heißes Salz als Energiespeicher

Bereits seit einigen Jahren experimentieren die Wissenschaftler mit der Speicherung von Energie in bestimmten Salzen. Hier geht es nicht um die Speicherung von elektrischer Energie an sich. Gespeichert wird die Wärme, die solarthermische Kraftwerke erzeugen. In diesen werden durch Solarspiegel bestimmte Trägerflüssigkeiten aufgeheizt, um damit Dampfturbinen anzutreiben.

Ein Beispiel für eine solche Anlage ist das in Südspanien seit 2009 betriebene Kraftwerk Andasol. Dort werden Parabolspiegel genutzt, um die Sonnenenergie auf ein Rohr zu fokussieren, in dem ein spezielles Wärmeträger-Öl auf 400 Grad Celsius erhitzt wird. Dieses Öl dient wiederum dazu, in einem Wärmetauscher Wasser zu verdampfen, das dann eine klassische Dampfturbine antreibt, die den Strom erzeugt. Auf einer Fläche von sechs Quadratkilometern produziert die Anlage zuverlässig Strom für etwa 200.000 Menschen.

Da auch im sonnenverwöhnten Andalusien die Sonne irgendwann mal untergeht und die Menschen aber gerade dann Strom benötigen, hat man dort ein neues Verfahren entwickelt, um die erzeugte Energie zu speichern. Tagsüber wird nicht für die Dampfturbinen benötigte, überschüssige Wärme gespeichert, indem das Wärmeträger-Öl durch 28.000 Tonnen flüssige Salze – eine Mischung aus Kalium- und Natriumnitrat – geleitet wird. Aufgeheizt wird das Salz auf 400 Grad. Diese Menge reicht aus, um die Dampfturbinen noch weitere 7 Stunden zu betreiben. Ganz so einfach ist dieser thermische Speicher allerdings nicht zu betreiben, denn das Salz darf nicht unter 220 Grad abkühlen. Dann würde es sich verfestigen und die ganze Anlage hätte nur noch Schrottwert. Deshalb muss sogar Gas verfeuert werden, um die Speicher zu heizen, was etwa 15% der Gesamtenergieleistung von Andasol ausmacht.

Luft unter Druck

ADELE - der Adiabate Druckluftspeicher für die Elektrizitätsversorgung

ADELE – der Adiabate Druckluftspeicher für die Elektrizitätsversorgung

ADELE ist der Name für eine Pilotanlage in Staßfurt (Sachsen-Anhalt), mit der die Speicherung von Energie mit einem Material erprobt wird, das gratis und ziemlich unendlich zur Verfügung steht: Luft. Der „Adiabate Druckluftspeicher für die Elektrizitätsversorgung“ soll die Stromproduktion von bis zu 40 Windrädern für fünf Stunden zwischenspeichern können.

Damit überschüssige Kilowattstunden in Starkwindphasen nicht verloren gehen, sollen sie Druckluftpumpen antreiben. Diese pressen komprimierte Luft in unterirdische Hohlräume, die in Staßfurt in Form von unterirdischen Kavernen aus dem dort betriebenen Salzbergbau zur Verfügung stehen. Steigt der Strombedarf, kann die Luft wieder ausströmen und die Turbinenräder von Generatoren in Drehung versetzen.

Die Herausforderung derartiger Anlagen besteht in dem Umstand, dass die in die Luft übertragene Energie nicht nur in einem Druckaufbau besteht, sondern sich auch in Wärme niederschlägt. Auf bis zu 600 Grad heizt sich die Druckluft auf. Umgekehrt kühlt sie sich beim Ausströmen ab. Ein hoher Wirkungsgrad des Druckluftspeichers von etwa 70 Prozent lässt sich daher nur erreichen, wenn die Verdichtungswärme ebenfalls gespeichert wird und später die ausströmende Luft erwärmen kann.

Der Stein der Weisen: Ein Granitzylinder mit 500 Metern Höhe und Durchmesser

Eine völlig neue Idee des Energiespeichers propagiert seit ein paar Jahren Eduard Heindl, Professor für e-Business Technologie an der Hochschule Furtwangen. Heindl will dabei Lageenergie in großem Maßstab nutzen. Die von ihm erforschte und bereits patentierte Technologie mutet in ihren Ausmaßen und ihrem Erscheinungsbild ziemlich verwegen an, beruht aber auf einem relativ simplen Prinzip. Heindl schlägt den Bau eines so genannten Lageenergiespeichers vor.

Dabei wird überflüssige elektrische Energie dazu verwendet, um eine große Gesteinsmasse, hier in Form eines Zylinders, in ihrer Position zu verändern und die so aufgewendete Energie durch den umgekehrten Vorgang wieder zu nutzen.

Professor Heindl will einen Granitzylinder mit einem Durchmesser von 500 Metern aus einer Felsformation zum Beispiel im Schwarzwald aussägen

Professor Heindl will einen Granitzylinder mit einem Durchmesser von 500 Metern aus einer Felsformation zum Beispiel im Schwarzwald aussägen

Konkret will Heindl einen Granitzylinder mit einem Durchmesser von 500 Metern aus einer Felsformation zum Beispiel im Schwarzwald aussägen. Höhe der Zylinders insgesamt: ebenfalls 500 Meter. Unter diesem Steinzylinder wird dann eine Konstruktion eingebaut, mit der Wasser mit großen Druck eingeführt werden kann. Mit diesem eingepressten Wasser wird der Zylinder angehoben bis auf eine Höhe von maximal 500 Metern. Wenn wieder Strombedarf besteht, wird der Zylinder heruntergelassen, das Wasser strömt in die Gegenrichtung und treibt Turbinen an, die Strom erzeugen.

Technisch gesehen hat der Professor aus Furtwangen die verschiedenen Herausforderungen, die sich aus dem Projekt ergeben, bereits auf prinzipielle Machbarkeit geprüft. Zumindest theoretisch stellen also nach seinen Aussagen weder das Aussägen des Felszylinders, noch die Dichtungen des Wasser an dessen Rand oder die Leistungsfähigkeit der Pumpen ein Ausschlusskriterium dar.

Vorteil des Prinzips ist mit Sicherheit die hohe Effizienz der Speicherung, die mit der Größe des Zylinders auch exponentiell ansteigt. So kann man mit einem Zylinder eines Durchmesser von 250 Metern eine Energiemenge von 8 GWh speichern, mit dem 500-Meter-Koloss aber sogar 124 GWh. Interessant ist: um ersteren anzuheben benötigt man eine Wasserdruck von 52 Bar, für den Großen dann 103 Bar.

Die Speicherung von 124 GWh ist natürlich wirklich eine Hausnummer. Mit einem einzigen 500-Meter-Zylinder könnte man etwa ein Drittel des Stromverbrauchs der privaten Haushalte in Deutschland für einen ganzen Tag vorhalten. Der Effizienzgrad entspricht dabei in etwa dem von normalen Pumpspeicherkraftwerken, also um die 80 Prozent.

Trotzdem wäre ein solches Bauwerk, wie es Professor Heindl vorschlägt, natürlich eine ingenieurtechnische Weltsensation. Man stelle sich einen 500 Meter breiten Zylinder vor, der sich langsam aber sicher auf bis zu 500 Meter Höhe erhebt! Reicht die Vorstellungskraft aus? Zum Beispiel ist der Eiffelturm 300 Meter hoch, aber im Vergleich natürlich mit einen eher schlanken Erscheinungsbild ausgestattet. Ich bin jedenfalls überzeugt, dass sich an so einer Konstruktion schnell massentouristische Phänomene beobachten lassen würden. Ein besseres Symbol, um die vor uns stehenden Herausforderungen der Energiewende zu illustrieren, lässt sich schwerlich finden…

Videoanimation zum Lageenergiespeicher:

 

Fotos:

  • Luftbild Andasol. Die zwei runden Salzspeicher in der Mitte der Anlage sind gut zu erkennen. http://es.wikipedia.org/wiki/Andasol#/media/File:12-05-08_AS1.JPG
  • Grafik ADELE: RWE http://www.hyperraum.tv/2011/12/16/rwe-adele/
  • Grafik und Animation Lageenergiespeicher: http://www.heindl-energy.com
Dirk Baranek

Dirk Baranek ist Geschäftsführer einer Agentur für digitale Kommunikation in Stuttgart. Er war als Freier Online-Redakteur und Jour­na­list (DJV) tätig, ist Blogger, PR-Berater, Dozent und Tesla-Fahrer.

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