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Druckluftspeicher

Prinzip eines Druckluft-Stromspeichers. Quelle: Ernst Huenges

Die schwankende Energiebereitstellung der erneuer-baren Energien erfordert ein Portfolio verschiedenerEnergiespeicher. Der Untergrund bietet eine strategi-sche Energiespeicherung in der TWh-Skala an. AlsSpeicheroptionen stehen je nach erforderter Kapazität Hohlräume mit kleinen Durchmessern (Mikro- bisZentimeter, sog. Porenspeicher) oder Hohlräume mitgroßen Durchmessern (Meter und erheblich größer,sog. Kavernenspeicher) zur Verfügung. Adiabate Druckluftspeicher ermöglichen eine groß-maßstäbliche und effiziente Stromspeicherung,wobei als Herausforderung die Hochtemperatur- undHochdruckspeicherung der Wärme besteht.

Adiabate Druckluftspeicherkraftwerke sind besonders geeignet, die Integration fluktuierender erneuerbarerEnergien durch Stundenreserve und Spitzenlaststromzu unterstützen. Sie nutzen die Kompression bzw. Expansion von Luft, um Überschuss-Elektrizität in Form von potenzieller Energie unterirdisch zu speichern. Ihre Kommerzialisierung erfordert jedoch noch erhebliche Anstrengungen. Bisher realisierte Druckluftspeicherkraftwerke mit „diabater“ Prozessführung unterliegen systeminhärenten Wirkungsgradbeschränkungen durch den Verlust der Kompressionsabwärme. Erst eine „adiabate“Prozessführung ermöglicht es, diesen Nachteil zu vermeiden. Kernidee des Verfahrens ist dabei, die entstehende Kompressionswärme nutzbringend in den Expansionsprozess einzukoppeln. Erreicht wird dies durch die Zwischenspeicherung der entstehenden Kompressionswärme und Rückführung in den Entladeprozess des Speichers.

Diese Technologie kann eine Kompensation des Wärmeverlustes aus fossiler Energiequelle (Gasfeuerung) ersetzen. Die so erzielte„Abwärmenutzung“ liefert erheblich verbesserte Speicherwirkungsgrade von etwa 70% (Strom zu Strom). Bei der adiabatischen Druckluftspeicherung wird die Verpressung mit Kompressoren unterstützt. Das System hat einen Wärmespeicher für die Kompressionswärme, die bei Entspannung der Druckluft aus dem Speicher wieder genutzt wird. Die erwärmte Druckluft wird mit Hilfe der Turbinen zur Stromerzeugung eingesetzt. Der Wärmespeicher stellt eine zentrale Komponente dieses Kraftwerkstyps dar. Gleichzeitig besteht an dieser Komponente besonderer Entwicklungsbedarf. Erdwärmespeicher sind wohl besonders geeignet.

Da bei der Entnahme der Druckluft aus dem Speicher der Druck kontinuierlich abnehmen würde müsste entweder die Turbine hierfür ausgelegt sein, oder der Druckabfall durch geeignete Maßnahmen, wie eine überlagerte Wassersäule, konstant gehalten werden. Bei der Nutzung von Aquiferen als Speicherort sind hier intelligente Lösungen denkbar.

Bedeutung in der Geothermie

Die für Druckluftspeicher notwendigen Technologien haben eine gewisse technologische Nähe zur Tiefengeothermie. Dies gilt insbesondere, wenn die Druckluft nicht in Kavernen sondern im Porenraum etwa in Aquiferen gespeichert wird. Dies gilt auch, wenn den Wärmespeicher als geothermischer Wärmespeicher angelegt wird, was bei großen Speicherkapazitäten sicher die beste Speicherform ist.

Literatur

Ernst Huenges: Thermische, mechanische und stoffliche Speicherung im geologischen Untergrund – Konzepte, Technologien und Betriebserfahrungen. FVEE • Themen 2013.

zuletzt bearbeitet April 2020