Gefällekraftwerk ohne Gefälle

Pumpspeicher: Gefällekraftwerk ohne Gefälle möglich. Professor Heindl ist in der Erneuerbaren-Szene als „verrückter“ Professor bekannt. Er hatte bereits die Idee ganze deutsche Mittelgebirge mittels überschüssiger Energie anzuheben und somit daraus Pumpspeicherkraftwerke zu machen. Pumpspeicherkraftwerke, die ohne natürliches Gefälle auskommen. Jetzt arbeitet er mit seinem Stuttgarter Unternehmen tatsächlich an der Realisation.


Solarkraftwerke liefern nur Strom, wenn die Sonne scheint. Das neue Konzept des Stuttgarter Unternehmens Heindl Energy soll das Problem der Energiespeicherung lösen.

Der Speicher besteht aus einem großen Kolben, der aus Felsgestein im Erdboden herausgesägt wird. Er ruht in einem Zylinder, dessen Boden über eine Rohrleitung mit einem Speicherbecken an der Oberfläche verbunden ist.

Zwei Wasserbecken auf unterschiedlicher Höhe, verbunden durch eine Rohrleitung, dazu Pumpen und Turbinen – mehr braucht es nicht für ein Pumpspeicherkraftwerk. Seit fast hundert Jahren gibt es diese Anlagen bereits. Und bis heute lassen sie alle anderen Technologien weit hinter sich, wenn es darum geht, Strom in großen Mengen zu speichern. Ein Pumpspeicherkraftwerk speichert bis zu 92% der erzeugten Energie. Ein Vorzug, der mit dem weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien immer wichtiger wird.

Das Problem ist allerdings: Wegen des nötigen Gefälles kommen nur gebirgige Regionen als Standort für die Großspeicher infrage. Gebraucht werden sie aber künftig vor allem dort, wo es flach ist – in den Wüsten Chiles oder der arabischen Halbinsel zum Beispiel, wo derzeit riesige Solarkraftwerke entstehen. Oder an den Küsten, wo Strom von Windkraftanlagen auf hoher See in die Netze gespeist wird.

Pumpspeicherkraftwerk ohne Gefälle

Doch warum nicht das Pumpspeicherprinzip in den Untergrund verlagern und sich so unabhängig von der Topografie machen? Das ist der Grundgedanke eines neuen Großspeicherkonzepts, das das Stuttgarter Unternehmen Heindl Energy entwickelt hat.

Gefällekraftwerk, Heindl Energy, Energy Mag

Ein riesiger Zylinder wird im Untergrund mit Wasser gefüllt. Die Energie hierzu liefert die Sonne. Eine Pilotanlage soll in Saudi-Arabien entstehen.

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Das Wasser unter dem riesigen Steinzylinder hebt den Steinzylinder und produziert bei Bedarf Energie. Pumpspeicherkraftwerk in der Wüste (Fotos: Heindl Energy)

Der Speicher besteht aus einem großen Kolben, der aus Felsgestein im Erdboden herausgesägt wird. Er ruht in einem Zylinder, dessen Boden über eine Rohrleitung mit einem Speicherbecken an der Oberfläche verbunden ist.

Soll Energie gespeichert werden, wird das Wasser aus dem überirdischen Becken unter den Zylinder gepumpt. Dadurch hebt sich der riesige Kolben langsam. Eine Ringdichtung verhindert dabei, dass das mit einem Druck von 70 Bar in den Zylinder gepresste Wasser im Spalt zwischen Kolben und Wand nach oben schießt.

Funktioniert das auch in der Praxis?

Um den Speicher zu entladen, lässt man den Kolben wieder herab, sodass er das Wasser zurück in das Becken drückt. Dabei treibt das Wasser Turbinen an. Anschließend kann der Kreislauf von Neuem beginnen.

Nach Berechnungen von Heindl Energy wäre ein Kolben mit 250 Metern Durchmesser und 340 Metern Höhe nötig, um so viel Strom zu speichern wie Deutschlands größtes Pumpspeicherkaftwerk Goldisthal im Thüringer Wald.

„Man kann den Speicher aber auch kleiner oder größer bauen“, erklärt Eduard Heindl, Gründer und Geschäftsführer des vom Schweizer Venturecapital-Investor HTG Ventures finanzierten Unternehmens. Das sei ein großer Vorteil gegenüber konventionellen Pumpspeicherkraftwerken. „Deren Leistung gibt die Landschaft vor“, so Heindl.

Bei der Entwicklung des Konzepts hat sich Heindl Energy unter anderem vom Karlsruher Forschungsinstitut KIT und dem Ingenieursunternehmen ILF beraten lassen. Allerdings fehlt es bislang noch an einem Beweis, dass die Technologie tatsächlich funktioniert – sie existiert bislang lediglich auf dem Papier.

„Die Komponenten und Verfahren für den Bau eines solchen mechanischen Speichers sind zwar erprobt, weil sie bereits für andere Aufgaben genutzt werden“, sagt Speicherforscher Oliver Schmidt vom Imperial College London. „Setzt man sie aber für den Bau des Speichers ein, betritt man Neuland. Das ist eine große Herausforderung.“

Saudi-Arabien als Standort für Pilotanlage

Friederike Kaiser vom Energie-Forschungszentrum Niedersachsen ist skeptisch: „Die Ausmaße eines Kolbenhubspeichers im Gigawattbereich sind enorm. Ob das in dieser Dimension technisch wirklich umsetzbar ist, muss sich erst noch zeigen“, erklärt die Wissenschaftlerin.

Den Beweis für die Praxistauglichkeit des Konzeptes will das Unternehmen nun in Saudi-Arabien erbringen. Heindl Energy hat sich mit einem großen lokalen Bauunternehmen zusammengeschlossen, um eine Pilotanlage mit einem Durchmesser von 20 und einer maximalen Höhe von 30 Metern zu bauen.

Allerdings ist die Finanzierung des Vorhabens noch nicht endgültig geklärt. Derzeit verhandelt das Unternehmen mit der saudischen Regierung über Fördermittel für das Projekt. Eine schnelle Einigung vorausgesetzt, soll die Anlage 2019 in Betrieb gehen. Im nächsten Schritt wollen die Partner dann einen Speicher mit achtzig Metern Durchmesser bauen.

Forscher arbeiten an weiteren Großspeicherkonzepten

Das Kolbenhubkonzept ist nicht die einzige kühne Großspeicheridee, an der Forscher derzeit arbeiten. Das Fraunhofer-Institut IWES zum Beispiel hat eine Speicherkugel entwickelt, die am Meeresgrund installiert wird. Sie nutzt den dort herrschenden Wasserdruck, um Windstrom zu speichern. Mit einem Testlauf im Bodensee haben die Wissenschaftler gezeigt, dass ihre Idee im Grundsatz funktioniert.

In einem anderen Projekt wollen Forscher der Universität Jena unterirdische, bislang als Erdgasspeicher genutzte Salzkavernen in Norddeutschland zu sogenannten Redox-Flow-Batterien umfunktionieren.

Beiden Projekten ist gemein, dass sie vor allem auf das Speichern von Windstrom zielen. Heindl Energy dagegen hat für seine Technologie zunächst Solarkraftwerke in Südamerika, Nordafrika und auf der arabischen Halbinsel im Visier. „Dort findet man sehr gute geologische Bedingungen für den Bau der Speicher vor“, sagt Eduard Heindl. Das bedeutet: kompaktes, homogenes Felsgestein, das nicht so schnell Risse bildet.

Gut vierzig Prozent der weltweiten Landmassen böten einen passenden Untergrund, so Heindl. Auch in Deutschland gebe es geeignete Standorte, um solche Speicher zu bauen. Doch das ist für das Unternehmen erst einmal kein Thema. Heindl nennt dafür wirtschaftliche Gründe. Jedoch ist ohnehin fraglich, ob Anwohner hierzulande akzeptieren würden, dass bei voller Ladung des Speichers ein riesiger Kolben in der Landschaft herumsteht.

Mehr über Prof. Heindl’s Idee der Pumpspeicherkraftwerke: „Die Energie speichert der Berg“ >>

Comments

  1. Gernot Kloss says:

    Eine neuartige Speichertechnologie in Form eines – Pumpspeichers mit schwimmendem Speicherteil – kommt ohne zweites Wasserbecken und ohne lange, kraftzehrende Rohrleitungen aus. Das Ergebnis: Wesentlich geringere Herstellungs- und Wartungskosten und eine höhere Effizienz.

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