Energie aus der Betonkugel im Bodensee
Seit diesen Tagen liegt auf dem Grund des Bodensees bei Überlingen eine hohle Betonkugel. Dabei handelt es sich um eine neuartige Pumpspeichertechnologie für Offshore-Windanlagen, die dort mit einem Modellversuch getestet wird.
Quelle: Bilder: Fraunhofer Iwes/Energiesystemtechnik
Die Betonkugel wird zum Bodensee transportiert…
…und im Fährhafen von Konstanz abgeladen.
Das Team legt letzte Hand an.
Die Kugel hat einen Auslass, in den ein Zylinder mit einer Pumpturbine integriert ist. Öffnet man ein Ventil an der Kugel, strömt Wasser hinein. Es treibt die Turbine an, der Strom fliesst. Ein Unterwasserkabel schafft die Verbindung zum Stromnetz an Land.
Die Betonkugel ist mit Schwimmkörpern gesichert.
Im Wasser abgesetzt, wird vorsichtig die Luft abgelassen,…
…sodass die Kugel langsam hinabgleiten kann.
Der hohle Speicher wird während seiner Reise zum Grund an einer Seilwinde geführt.
Die Forscher analysieren die Daten.
Konzept für ein Meeres-Pumpspeicherkraftwerk mit vielen Kugelspeichern (zirka 30 Meter Durchmesser) in 600 bis 800 Metern Wassertiefe zur Zwischenspeicherung von Offshore-Strom.
Wie kann der von Windturbinen auf offener See erzeugte Strom vor Ort zwischengespeichert werden? Diese Frage stellten sich Horst Schmidt-Böcking von der deutschen Goethe-Universität und Gerhard Luther von der Universität Saarbrücken. Die beiden Wissenschaftler beantworteten diese Frage mit einer Betonkugel. Oder vielmehr entwickelten sie in Zusammenarbeit mit dem Kassler Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiespeichertechnik (Iwes) im Rahmen des Projekts „StEnSea“ (Stored Energy in the Sea) ein System, das den hohen Wasserdruck in grossen Tiefen nutzt, um mittels eines kugelförmigen Hohlkörpers Strom zu speichern. Die Idee hinter dem Konzept: Die Energie wird gespeichert, indem mit Strom über eine Elektropumpe Wasser aus der Kugel hinausgepumpt wird. Und produziert wird sie, indem Wasser durch eine Turbine in eine leere Kugel fliesst und so über einen Generator Strom erzeugt.
Diese Woche startete nun ein vierwöchiger Versuch mit einem Modell im Massstab 1:10 (siehe Update weiter unten). Allerdings wurde der Kugelspeicher mit einem Durchmesser von rund drei Metern dazu nicht im Meer sondern im Bodensee installiert. Am Mittwoch wurde er bei Überlingen ins Wasser gelassen. „Wir werden verschieden Tests fahren, um Detailfragestellungen zur Konstruktion, der Installation, der Auslegung des Triebstrangs und des elektrischen Systems, der Betriebsführung und Regelung, der Zustandsüberwachung und der dynamischen Modellierung und Simulation des Gesamtsystems zu überprüfen“, wird dazu der Projektleiter Matthias Puchta vom IWES in der Medienmitteilung zitiert.
Potenzial in dichtbevölkerten Küstenregionen
Die Ergebnisse des Modellversuchs sollen helfen, Standorte für ein Demonstrationsobjekt abzuklären. Dieses wird dann einiges grösser sein. „Wir streben einen Kugeldurchmesser von 30 Metern an“, erklärt IWES-Bereichsleiter Jochen Bard. „Das ist unter ingenieurtechnischen Randbedingungen die derzeitige sinnvolle Zielgrösse.“ Sicher sei, dass das Konzept erst ab Wassertiefen von 600 bis 800 Meter wirtschaftlich sei. So steigt die Speicherkapazität gemäss Bard bei gleichem Volumen mit der Wassertiefe: Für eine Kugel mit einem Durchmesser von 30 Metern beträgt sie in einer Tiefe von 700 Metern rund 200 Megawattstunden.
Laut den Wissenschaftlern hat die Technologie für dichtbevölkerte Standorte an der Küste grosses Potenzial, etwa in Norwegen, Spanien, den USA oder Japan. „Mit heutiger standardisierter und verfügbarer Technik sehen wir bei der Speicherkapazität von 20 Megawattstunden pro Kugel eine weltweite elektrische Gesamtspeicherkapazität von 893‘000 Megawattstunden“, sagt Bard. „Damit liessen sich kostengünstig wichtige Ausgleichsbeiträge für die schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne leisten.“
Update
Der Feldversuch verlief zufriedenstellend (siehe Bilderstrecke). Der Kugelspeicher konnte sicher auf dem Seegrund installiert werden und lieferte wichtige Antworten - vor allem in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit. Eine der Fragen war, ob die Pumptechnik mit den variierenden Druckverhältnissen im Leerraum der Kugel klarkommen würde oder ob zusätzlich eine Druckausgleichsleitung nötig sei. Das war nicht der Fall, das Konzept funktioniert auch ohne eine solche Leitung, wie Projektleiter Puchta im Fraunhofer-Magazin "weiter.vorn" zitiert wird. Auch mit der Logistik ist er zufrieden. "Der Transport und vor allem die Installation der Kugel am Seegrund haben im Grossen und Ganzen so funktioniert, wie wir das vorher geplant haben." Das Fazit fällt durchwegs positiv aus: "Solch ein Speichersystem ist viel mehr als die Summe seiner Einzelkomponenten. Sie zum Zusammenspiel zu bringen - das ist eine komplexe, anspruchsvolle Aufgabe. Mit dem Testlauf im Bodensee haben wir bewiesen, dass dieses Zusammenspiel möglich ist." (mai/mt)
