Energiespeicher

Neue Speichertechnologien mit Schwerkraft braucht das Land

Dass Speicher zum Ausgleich der schwankendenVerfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energien benötigt werden, ist keine Frage. Aber welche Technologie wird sich am Ende durchsetzen? Diese Frage ist viel spannender, denn es gibt viele Technologien, auch welche die noch kaum bekannt sind. In der Öffentlichkeit wird meist über Pumpspeicherkraftwerke gesprochen, deren Kapazität ist in Deutschland aber begrenzt und reicht bei weitem nicht aus. Batterien sind noch zu teuer und müssten in einer sehr großen Anzahl verfügbar sein.

Die schon häufigererwähnte Speicherlösung mit der Umwandlung des Stroms zu Gas werde ich demnächst in einem weiteren Artikel ausführlicher vorstellen. Es gibt aber auch noch weitere Varianten, die ähnlich wie Pumpspeicherwerke mit der Schwerkraft arbeiten, aber effektiver sind und weniger Platz benötigen. Diese neuen Lösungen, die oft unterschätzt werden, aber ein großes Potential aufweisen, möchte ich hier vorstellen und vergleichen.

Dem einen oder anderen Leser ist vielleicht schon der Lageenergiespeicher von Eduard Heindl untergekommen. Prinzipiell funktioniert der Lageenergiespeicher wie ein Pumpspeicherwerk. Bei einem Überangebot an Strom wird mit einer Wasserturbine ein großer Felsblock angehoben, mit einem Druck von ca. 200 Bar, und darin wird die Lageenergie gespeichert. Gibt es zu wenig Strom in Netz, dann wird der Druck abgebaut und die Turbine produziert mit dem frei werdenden Wasser wieder Strom.

Im Prinzip ist diese Speichertechnik sehr simpel und hat einige Vorteile gegenüber den bereits bekannten und bewährten Pumpspeicherkraftwerken. Durch die größere Energiedichte des Felsblocks können mit dem hydraulischen Lageenergiespeicher pro m² Fläche 2.000 kWh gespeichert werden, im Pumpspeicherkraftwerken kommt man dagegen nur auf 20 kWh/m² (aus Videobeitrag). Auch der Wasserbedarf ist deutlich geringer, bei gleicher Kapazität wird nur noch ein Viertel der Wassermenge benötigt.

Die Kosten für solch ein Projekt sollen auch nur ein Zehntel der Kosten von einem Pumpspeicherkraftwerk mit vergleichbarer Leistung betragen. Der Lageenergiespeicher hat zudem den Vorteil, dass die Kosten mit wachsender Größe langsamer ansteigen. Pro kWh Speicherkapazität sinkt der der Preis mit 1/r², also je größer der Durchmesser eines Lageenergiespeichers ist, umso günstiger wird der Speicher. Bei einem Durchmesser von 500 m hätte man eine Speicherkapazität von 1.600 Gwh (die maximal speicherbare Energiemenge des größten deutschen Pumpspeicherkraftwerks Goldisthal beträgt 8,5 GWh).

Klingt wirklich sehr interessant und verlockend, die notwendige Technik wäre dazu komplett vorhanden. Aber was ist mit den Bedenkenträgern? Immerhin würde ein großer Felsblock z.B. im Schwarzwald um einige Meter angehoben mit diesem Speicher. Laut Herrn Heindl sind die Reaktionen der Umweltverbände auf dieses Konzept durchweg positiv und dieses sogar als mögliche Speicherlösung empfehlen. Bisher hat das Konzept keine Ablehnung erfahren, nur kritische Fragen. Eine Studie zur Akzeptanz in der Bevölkerung wird momentan von der FH Furtwangen durchgeführt.

Momentan werden Partner gesucht für das erste Projekt, das 2020 realisiert werden soll.

Weitere Informationen gibt dieses Video zum Lageenergiespeicher:

Eine Alternative zum Lageenergiespeicher basiert auf einem ähnlichen Prinzip. Das Unternehmen Gravity Power arbeitet ebenfalls mit der Schwerkraft, wie der Name ja schon sagt, und und pumpt hydraulisch einen massiven Zylinder nach oben um Strom zu speichern. Der Unterschied ist aber, dass der Speicher nicht sichtbar unter der Erde liegt und sich auch innerhalb einer Stadt befinden könnte. Aber, im Gegensatz zum Lageenergiespeicher, wird ein künstlich hergesteller Zylinder in einem eigens angefertigten Schacht nach oben bewegt. Damit steigt der Aufwand und die Kosten, man ist aber nicht auf eine bestimmte Gesteinsformation angewiesen,

Die Technologie für die Schwerkraft-Energie-Module (meine Übersetzung der Gravity-Power-Modules) nutzt bekannte Technologien aus dem Bergbau, dem Tunnelbau und von Pumpspeicherkraftwerken. Der Vorteil ist, dass sie dort gebaut werden können, wo sie benötigt werden, z.B. in der Nähe von Windparks oder von großen, energieintensiven Unternehmen. Das System kann in verschiedenen Größen gebaut werden, ist außen nicht sichtbar und greift nicht in die Umwelt ein.

Demnächst soll eine erste funktionsfähige Testeinheit gebaut werden, damit die Kraftwerkskomponenten optimiert werden können.

Anschaulich ist das Prinzip dargestellt in diesem Video:

Bin schon auf Reaktionen der Leser gespannt, welches System besser ankommt und ob diese Speichersystem Chancen auf eine Realisierung haben werden.

Über den Autor

Andreas Kühl

Ich bin Energieblogger aus Leidenschaft mit einem großen Faible für Energieeffizienz und erneuerbare Energien. Mit energynet.de betreibe ich einen der bekanntesten und einflussreichsten Energieblogs im deutschsprachigen Raum. Innovationen für die Energiewende in Technologien und Geschäftsmodellen sind meine aktuellen Schwerpunktthemen.

2 Kommentare

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  • Wenn man verschiedene Stromspeicher mit einander vergleicht, muss man stark aufpassen dass man nicht in die berühmte ‚Äpfel – Birnen‘ Falle tappt. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen

    1. Saisonalspeicher / Langzeitspeicher (Tage – Wochen)
    2. Tagesspeicher / Lastausgleich (Stunden – Tage)
    3. Pufferspeicher (Minuten – Stunden)
    4. Kurzzeitspeicher / Frequenzregelung (Sekunden – Minuten)

    Ein weiteres Unterscheidungskriterium ist

    a. zentral (am “Point-Of-Production‘ oder ‚Point-Of-Installation‘)
    b. dezentral (am ‚Point-Of-Consumption‘)

    Wenn die Energiewende vollständig gelingen soll, also wirklich mehr als 80% unseres Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energien kommen soll, benötigen wie vermutlich zwischen 20 und 50 TWh an Speichern, mit einem klaren Schwerpunkt auf großen Saisonalspeichern.

    Dr. Heindl’s Lageenergiespeicher hat zweifelsohne das Zeug dazu, zur Kategorie 1.a. zu gehören (zentraler Saisonalspeicher), und bietet großes Potential für enorme Energiemengen im TWh-Bereich. Zum Vergleich, die gesamte Kapazität Deutscher Pumpspeicherwerke beträgt derzeit ca. 40 GWh. Nur einige riesige Stau-Beckenin Norwegen bieten das Potential, ähnlich viel Energie zu speichern wie der Lageenergiespeicher.

    Die Gravity Power GPM Module basieren zwar auf einem sehr ähnlichen Prinzip, haben dagegen ihren Fokus eher im Segment 2.b., also als dezentrale Tagesspeicher. Sie solle ähnliche Leistungsdaten wie PSPs bieten, mit dem großen Vorteil dass sie zentral direkt am ‚Point-Of-Consumption‘ aufgestellt werden können, was hilft Leitungen einzusparen.

    Für eine erfolgreiche Energiewende brauchen wir alle diese Speichertypen, eine Gegenüberstellung ist daher nur begrenzt sinnvoll. Natürlich kann man den Lagenergiespeicher von Dr. Heindl auch kleiner machen, aber er sagt selbst dass die grossen Vorteile seines Konzepts erst bei großen Radien zum Tragen kommen, da dieser in der 4. Potenz in die Kapazität eingeht.

    Alternative Verfahren zu den GPM Modulen, also für 2.b., wären :

    PHES (Pumped Heat Energy Storage) – Isentropic Ltd., Saipem, etc.
    LightSail Inc. – adiabatisches CAES mit Drucktanks
    Buoyant Energie GmbH – Schwimmende PSP
    AMBRI – Hochtemperatur-Batterien
    etc.

    Einige dieser Verfahren sind auch für 3.b. geeignet, die Übergänge sind dabei manchmal fliessend.

    Als weitere Saisonalspeicher können wir im Moment nur riesige Speicherseens, z.B. den Ringwall-Speicher von Dr. Popp, oder ‚Power-to-Gas‘ (H2 oder Methan) sehen, letzteres mit derzeit noch sehr schlechten Wirkungsgraden im Gesamt-Kreislauf, also ‚Strom-zu-Stom‘.

    mfG
    C. Wiesner
    ROTOKINETIK

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