Erneuerbare Energien gehören zur Zukunft. Doch die Speicherung stellt nach wie vor eine Herausforderung dar – etwa bei Wind- oder Sonnenflauten. Eine neue Pumpturbine verspricht nun aber Abhilfe.
Die Speicherung von Energie aus Wind und Sonne entscheidet über die Sicherheit unserer Stromversorgung. Ein Team aus Deutschland und den USA testet deshalb ein Pumpspeicherwerk am Boden des Ozeans. Das Projekt StEnSea nutzt den Wasserdruck in Tiefen von 650 Metern, um Energie zwischenzulagern. Der Vorteil: Schwankungen im Netz können ausgeglichen werden.
Bei dem System handelt es sich um eine hohle Betonkugel am Meeresgrund, die Energie bei Bedarf freigibt. Dadurch könnten Netzbetreiber es vermeiden, dass sie Windräder bei Überkapazitäten abschalten müssen. Die Konkurrenz aus China scheint technologisch bereits einen Schritt weiter, da das Unternehmen Dongfang Electric die Funktion eines solchen Systems seit Längerem demonstriert.
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Neue Pumpturbine speichert Energie am Meeresgrund
Das Fraunhofer-Institut IEE arbeitet derweil mit Partnern wie Pleuger Industries und der Firma Sperra zusammen. Pleuger Industries baut die technische Einheit und verantwortet speziell die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik. Die Firma Sperra druckt die Kugel der Pumpturbine mit einem speziellen 3D-Verfahren aus Beton.
Während der Prototyp im Maßstab eins zu drei einen Wirkungsgrad von 0,60 erreicht, zielt das System in voller Größe auf einen Wert von 0,80 ab. Damit steigern die Entwickler die Effizienz des Speichers um ein Drittel.
Ein Beispiel zeigt das Zusammenspiel mit Windparks auf hoher See. Wenn der Wind bei gleichzeitig geringem Bedarf in den Städten weht, treibt der Stromüberschuss die Pumpen an. Diese befördern das Wasser aus dem Inneren der Betonkugel ins Meer. Herrscht die Flaute oder steigt der Bedarf am Tag, drückt der Wasserdruck der Tiefe das Wasser zurück in die Kugel.
Dabei passiert das Wasser durch die Turbine, die daraufhin elektrische Energie erzeugt und in das Stromnetz einspeist. Da die Anlagen am Meeresgrund liegen, greifen sie kaum in das Landschaftsbild ein. Forscher untersuchen jedoch die Auswirkungen auf das Ökosystem unter Wasser. Durch den Bau weiterer Kugeln passt das Team die Kapazität der Anlage an den Bedarf der entsprechenden Region an.
Synergien mit der Offshore-Industrie
Der Testkörper vor der US-Küste besitzt einen Durchmesser von zehn Metern und wiegt 1.000 Tonnen. In einer Tiefe von 650 Metern verspricht das System eine Speicherkapazität von einer Megawattstunde. Spätere Einheiten könnten in Tiefen von 600 bis 800 Metern funktionieren – bei einem Durchmesser von 30 Metern und einem Gewicht von 20.000 Tonnen.
Die Betreiber nutzen Synergieeffekte mit der bestehenden Offshore-Industrie sowie der Windbranche. Sie greifen auf vorhandene Logistik und spezialisierte Schiffe zurück, um die schweren Kugeln zu transportieren. Bestehende Methoden für den Korrosionsschutz schützen die Technik dauerhaft vor aggressivem Salzwasser. Auch Kabel- und Sensoriksysteme übernehmen die Fachleute aus erprobten Anwendungen der Gas- und Ölförderung.
Das Fraunhofer IEE schätzt das weltweite Potenzial auf über 800 Terawattstunden. Dieser Wert übertrifft Schätzungen für den globalen Bedarf an Stromspeichern. Derzeit verknüpfen die Forscher aktiv die verschiedenen Einzelkomponenten des Speichers. Zudem lösen Fachleute die Probleme bei der Verlegung der Seekabel, die sie für diese Anwendung erstmals verlegten.
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