Effiziente Stromspeicher für unstete Energie aus Wind und Sonne

Der Pferdefuss erneuerbarer Energiequellen ist ihre Unstetigkeit: Strom entsteht nicht, wenn er gebraucht wird, sondern wenn gerade die Sonne scheint oder der Wind weht. Die Lösung ist ein Zwischenspeicher. Ingenieure der Ruhr-Universität und des Fraunhofer-Instituts UMSICHT setzen auf Druckluftspeicherkraftwerke. Darin wird Luft bei Stromüberschuss durch einen elektrisch betriebenen Kompressor in einen dichten Behälter gepresst, bei Strombedarf wieder herausgelassen, wobei sie Turbinen antreibt, die Strom erzeugen.
Dabei gilt es, den Teufel im Detail zu überlisten, um Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit zu optimieren. Die Forscher berichten in der aktuellen Ausgabe von RUBIN, dem Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität Bochum.

Wärmespeicher erhöht den Wirkungsgrad

Druckluftspeicherkraftwerke gibt es schon seit Ende der 1970er Jahre, als sie dazu gedacht waren, überschüssigen Atomstrom zu speichern. Doch ihr Wirkungsgrad liess zu wünschen übrig. Denn genau so wie sich Luft beim Zusammenpressen erhitzt, kühlt sie sich beim Entspannen ab und kann dadurch die Turbine beschädigen. Dieses Problem löste man mit einer Erdgaszufeuerung beim Entlassen der Luft aus dem Speicher d.h. man verbrauchte fossile Energie und verursachte CO2-Emissionen. Die RUB-Forscher setzen auf ein anderes Prinzip, bei dem die Wärme, die bei der Kompression der Luft entsteht, für ihre spätere Erwärmung gespeichert wird. Dazu schickt man die heisse Luft durch einen Wärmespeicher, der ähnlich einer salzgefüllten Thermoskanne aufgebaut ist.

Fein-Tuning für Energieeffizienz

Dann geht es ans Fein-Tuning. Die Forscher simulieren den Betrieb unter realistischen Bedingungen und feilen an der optimalen Auslegung der Anlage, vor allem des Wärmespeichers. Zu berücksichtigen ist unter anderem die Luftfeuchtigkeit, die einerseits durch die Kondensierung im Wärmespeicher zu dessen Erwärmung beiträgt, andererseits aber auch schädlich für die Turbine sein kann. Ausserdem muss man bei der Windenergienutzung damit rechnen, dass der Speicher mehrmals täglich be- und entladen wird. Trotzdem soll die Wärmeübertragung auf den Speicher und zurück auf die ausströmende Luft effizient funktionieren. Auch der Teillastbetrieb stellt besondere Herausforderungen an die Flexibilität der Anlage: Weder Be- noch Entladung des Kraftwerks würden immer auf vollen Touren laufen. Die Ingenieure konnten schon zeigen, dass die effiziente Energiespeicherung auch bei niedrigeren Lufttemperaturen gelingt als bisher angenommen. Der Wirkungsgrad ist mit 70% vergleichsweise hoch. Günstige Standorte und Grßen ermittelten sie unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten.

Quelle: Ruhr-Universität Bochum