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Goethe-Uni, Frankfurt am Main |
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Erfindung von Horst Schmidt-Böcking
(Goethe-Universität) und seines Kollegen Dr. Gerhard Luther
(Universität Saarbrücken) bilden Basis für neuartiges
Meeres-Pump-Speicher-System, das vom Fraunhofer-Institut für
Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) entwickelt wurde.
Wie kann man die enormen Mengen durch Offshore-Windkraft
erzeugten Stroms bereits vor Ort zwischenspeichern? Bisher gab
es auf diese Frage keine Antwort. Nun geht nach mehrjähriger
Forschungsarbeit das vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Energie (BMWi) geförderte Projekt StEnSea (Stored Energy in the
Sea) in die Erprobungsphase. Darin entwickelt das auf
Energiesystemtechnik spezialisierte Fraunhofer-Institut IWES in
Kassel zusammen mit Partnern die „Meerei“-Erfindung von zwei
Physik-Professoren der Universität Frankfurt und der Universität
Saarbrücken zur Anwendungsreife.
Ein Modell im Maßstab 1:10 mit rund drei Metern Durchmesser wird
am 8.11.2016 im Fährhafen von Konstanz in den Bodensee gebracht
und am 9.11.2016 etwa 200 Meter vor dem Ufer in Überlingen in
100 Meter Tiefe abgelassen. Anschließend wird es für vier Wochen
getestet: »Auf dem Meeresboden installierte
Pumpspeicherkraftwerke können in großen Wassertiefen den hohen
Wasserdruck nutzen, um mit Hilfe von Hohlkörpern Stromenergie
speichern zu können«, erläutert Horst Schmidt-Böcking,
emeritierter Professor der Universität Frankfurt. Zum
Energieeinspeichern wird über eine Elektropumpe Wasser aus der
Kugel herausgepumpt, um Strom zu erzeugen fließt Wasser durch
eine Turbine in die leere Kugel hinein und erzeugt über einen
Generator elektrische Energie. Dieses Prinzip der
Offshore-Energiespeicherung hat Prof. Schmidt-Böcking 2011
wenige Tage vor dem Fukushima-Supergau mit seinem Kollegen
Dr. Gerhard Luther von der Universität Saarbrücken zum
Patent angemeldet.
Die beiden Erfinder erinnern sich: „Die schnelle Umsetzung
dieser Idee in die Praxis ist eigentlich einem Bericht in der
FAZ zu verdanken. Technik-Redakteur Georg Küffner stellte
diese Speicheridee in einem Artikel der Öffentlichkeit vor – und
zwar zufällig am 1. April 2011. Viele Leser nahmen das
sicherlich zunächst als Aprilscherz auf. Fachleute der Hochtief
Solutions AG in Frankfurt erkannten allerdings sofort die in
dieser Idee verborgenen Möglichkeiten. Innerhalb weniger Wochen
konnte mit dem Betonbauspezialisten Hoch-Tief und den
Meeresenergie- und Speicherspezialisten des Fraunhofer-Instituts
für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel ein
Konsortium für eine erste Machbarkeitsstudie gebildet werden“,
so Schmidt-Böcking und Luther.
Mit dem Nachweis der Machbarkeit förderte anschließend das BMWi
das Projekt StEnSea zur Entwicklung und Erprobung dieses
neuartigen Pumpspeicherkonzepts im Modellmaßstab. Nun geht
dieses in die Testphase. „Auf Basis der Vorstudie haben wir eine
detaillierte Systemanalyse mit Konstruktion, Bau- und
Logistikkonzept des Druckbehälters durchgeführt, eine
Pump-Turbinen-Einheit entwickelt, die Einbindung in das
Stromnetz untersucht, Wirtschaftlichkeitsberechnungen
durchgeführt und eine Roadmap für die technische Umsetzung
entwickelt“ fasst Projektleiter Matthias Puchta vom
Fraunhofer IWES die bisherigen erfolgreichen Arbeiten zusammen.
„Nun beginnt der vierwöchige Modellversuch im Maßstab 1:10 im
Bodensee. Wir werden verschiedene 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“, so Puchta weiter.
„Mit den Ergebnissen des Modellversuchs wollen wir zunächst
geeignete Standorte für ein Demonstrationsprojekt in Europa
genauer untersuchen. Für den Demonstrationsmaßstab des Systems
streben wir einen Kugeldurchmesser vor 30 Metern an. Das ist
unter ingenieurtechnischen Randbedingungen die derzeitige
sinnvolle Zielgröße. Sicher ist, dass das Konzept erst ab
Wassertiefen von ca. 600 - 800 Metern im Meer wirtschaftlich
anwendbar sein wird. Die Speicherkapazität steigt bei gleichem
Volumen linear mit der Wassertiefe und beträgt für eine 30
m-Kugel bei 700 Metern ungefähr 20 Megawattstunden (MWh)“,
erklärt IWES-Bereichsleiter Jochen Bard, der seit vielen
Jahren national und international auf dem Gebiet der
Meeresenergie forscht.
„Es gibt ein großes Potential für die Anwendung von
Meerespumpspeichersystemen in küstennahen Standorten,
insbesondere auch vor den Küsten bevölkerungsdichter Regionen.
Beispielsweise vor Norwegen (Norwegische Rinne). Aber auch
Spanien, USA und Japan weisen große Potentiale auf. Mit heutiger
standardisierter und verfügbarer Technik sehen wir bei der
Speicherkapazität von 20 MWh pro Kugel eine weltweite
elektrische Gesamtspeicherkapazität von 893.000 MWh. Damit
ließen sich kostengünstig wichtige Ausgleichsbeiträge für die
schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne leisten“, stellt Bard
fest.
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