Submariner Energiespeicher
Figure: Fraunhofer IWES
Figure: Fraunhofer IWES
Figure: Hochtief Solutions AG
Figure: Hochtief Solutions AG
Figure: Hochtief Engineering GmbH
Figure: Fraunhofer IWES
Figure: Fraunhofer IWES
Die zunehmende Installation fluktuierender Energiequellen erfordert die Entwicklung geeigneter Energiespeichersysteme. In einem Forschungsprojekt wird ein neues Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk erforscht und im Bodensee erprobt.
Das Funktionsprinzip ähnelt dem herkömmlicher Pumpspeicherkraftwerke. Ein künstlicher Hohlraum mit einer integrierten Pumpturbine wird am Meeresgrund als unteres Reservoir installiert. Das umgebende Meer stellt das obere Reservoir dar, wobei der Druckunterschied zwischen unterem und oberem Reservoir der Fallhöhe eines konventionellen Pumpspeicherkraftwerks entspricht und zur Wassertiefe korreliert.
Die Abbildungen 3 und 3a zeigen eine schematische Darstellung eines Unterwasserspeichers, bei dem der künstliche Hohlraum durch eine Betonhohlkugel gebildet wird.
Wird Energie benötigt, wird ein Ventil geöffnet, Wasser fließt in den Hohlraum und treibt die Turbine an, um so Energie zu erzeugen. Ist überschüssige Energie vorhanden, wird das Wasser aus dem Hohlraum gegen den Wasserdruck herausgepumpt. Auf diese Weise wird der Energiespeicher geladen. Elektrische Energie wird dem Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk über ein Kabel zugeführt beziehungsweise entnommen. Die Technikeinheit samt Pumpturbine ist für Wartungszwecke entnehmbar an der Betonhohlkugel befestigt.
Mit oder ohne Luftzufuhr
Eine wichtige Frage, die untersucht wurde, war, ob dafür eine Druckausgleichsleitung zur Wasseroberfläche erforderlich ist. Sie würde gewährleisten, dass der Luftdruck oberhalb der Wassersäule in der Kugel bis zur vollständigen Befüllung immer bei einem Bar bleibt. Zudem wurden die Auswirkungen untersucht, ob ein Betrieb der Anlage ohne Druckausgleich möglich ist, wenn also zuströmendes Wasser die in der Kugel vorhandene Luft komprimiert. Die zweite Variante wäre erheblich günstiger, da die wie ein Schnorchel funktionierende Leitung entfiele. Die Versuche am Demonstrator zeigten, dass beide Betriebsarten möglich sind.
Hoher Wirkungsgrad
Aufgrund ähnlicher Kostenstrukturen und technischer Eigenschaften wie bei herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerken kann das StEnSea-Prinzip (StEnSea – STored ENergy in the SEA) einen bedeutsamen Beitrag zur Lösung des Energiespeicherproblems leisten. Eine Hohlkugel mit einem inneren Durchmesser von rund 28,6 m in einer Wassertiefe von rund 700 m und ausgestattet mit einer 5 MW-Pumpturbine würde einer Speicherkapazität von 20 MWh entsprechen.
Ein Entladezyklus dauert ungefähr 4 h. Wirtschaftlichkeitsberechnungen haben gezeigt, dass Energie für rund 0,02 Euro/kWh zwischengespeichert werden kann [5]. Der Wirkungsgrad des Speichersystems wurde durch das Fraunhofer IWES (Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik) im Rahmen des Projekts, ähnlich den Wirkungsgraden von herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerken, auf 75 % bis 80 % berechnet. Beträgt der Speicherbedarf ein Mehrfaches, kann ein erweiterbarer Speicherpark mit mehreren Hohlkugeln installiert werden (Abb. 3 und 3a). Das beeinflusst ebenfalls die Kostenstrukturen positiv, sodass zukünftig von einer Installation von windparkähnlichen Kugelparks ...
Den vollständigen Text lesen Sie im Jahrbuch Beton Bauteile 2018 (s. u.).
