Prinzip Kolbenmotor – Pumpspeicherkraftwerk für Bayern

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Unterirdische Riesenbatterie: US-Unternehmen plant Testanlage in Bayern. Wenn ein Kolben in einem Zylinder sich von oben nach unten bewegt wird jede Menge kinetische Energie erzeugt. Normalerweise benutzen wir diese Energie zur Fortbewegung mit dem Auto. Warum nicht das gleiche Prinzip zur Speicherung und Erzeugung von Strom nutzen? Fand das US-Unternehmen Gravity Power und baut jetzt ein Pumpspeicherkraftwerk der ganz besonderen, weil neuen, Art in Kochel am See in Oberbayern.


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Nach dem Prinzip des Kolbenmotors will das US-Unternehmen Gravity Power ein Pumspeicherkraftwerk in Kochel am Kochelsee errichten. Zwei riesige Kolben, die sich unterirdisch gegenläufig bewegen.

Strom- und Energiespeicher werden entscheidend für den Erfolg der Energiewende sein, ohne sie kann es keine gleichmäßige Energieversorgung aus Erneuerbaren Energien geben, da die Erneuerbaren zu schwankend sind.

Etabliert im Bereich Speicherung sind seit langem Pumpspeicherkraftwerke. Wasser wird in höher gelegene Becken befördert, wenn viel Energie zur Verfügung steht, das bei Bedarf wieder nach unten fließen und dabei Turbinen antreiben kann. Diese Art der Speicherung hat aber große Nachteile: riesige Seen werden hierfür benötigt und das stellt einen Eingriff in Ökosysteme und Landschaftsbild dar.

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Die schwankende Verfügbarkeit der Erneuerbaren Energien zu speichern und bei Bedarf wieder in Energie zu verwandeln, das wird die Aufgabe der nächsten Jahre sein. Gravity Power versucht das mit einem unterirdischen Pumpspeicher-Kraftwerk.

Stromerzeugung mithilfe der Schwerkraft

Das US-Unternehmen Gravity Power geht einen neuen und revolutionären Weg. Statt zwei Becken wie bei den bisher bekannten Pumpspeichern sollen Bohrer einen 500 Meter tiefen und bis zu 80 Meter breiten Schacht in den Boden treiben, in dem ein Kolben steckt. In den Schacht drücken Pumpen von unten Wasser, wenn gerade zuviel Energie vorhanden ist, das schiebt den Kolben nach oben.

Das Prinzip ist das gleiche, der Weg ist neu: Bei Strombedarf öffnet man die Ventile am unteren Ende des Schachts, aufgrund der Schwerkraft sinkt der Kolben nach unten und drückt das Wasser wieder aus dem Schacht, das so die Turbinen zur Energieerzeugung in Gang bringt. Laut Gravity Power sinkt der Kolben mit einer Geschwindigkeit von zwei Zentimetern pro Sekunde.

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Zwei 500 Meter tiefe und 80 Meter breite Schächte sollen durch das auf und ab zweier riesiger Kolben Energie speichern und bei Bedarf wieder in Strom verwandeln.

Pilotanlage in Bayern

Im Modell existiert diese Idee schon seit einiger Zeit, bisher allerdings fehlte es an der Umsetzung dieses ambitionierten Pumpspeicher-Kraftwerkes. In Kochel am See soll nun die weltweit ersten Testanlage gebaut werden.

Gravity Power plant noch in diesem Jahr mit dem Bau der Pilotanlage zu beginnen, die mit 140 Metern Tiefe und 8 Metern Durchmesser eine Leistung von einem Megawatt haben soll. Die Bauzeit soll 12 bis 14 Monate betragen.

“Der genaue Standort in Kochel wird noch gesucht”, sagt Clemens Martin, Geschäftsleiter von Gravity Power in Bayern. Und die abschließende Genehmigung der Gemeinde fehlt ebenfalls noch.

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Im schönen Kochel am See soll nun die Pilotanlage des unterirdischen Pumpspeicher-Kraftwerkes von Gravity Power entstehen. (Bild: Wikipedia)

Geräuschfrei und fast unsichtbar

Anders als beim Bau konventioneller Pumpkraftwerke rechnet Martin bei seinen Schächten nicht mit Widerstand der Bevölkerung. Denn die Anlage arbeitet nach Fertigstellung nicht nur geräusch- und erschütterungslos, sondern sei auch kaum sichtbar.

“Mit unseren Speichern gibt es keine Verschandelung der Landschaft. Wir können dahin gehen, wo sie benötigt werden und wo die Infrastruktur, zum Beispiel ein Netzanschluss, schon vorhanden ist”, sagt er.

Auch das ist ein Vorteil gegenüber den Pumpspeicherkraftwerken, die für die Becken auf eine bestimmte Topologie wie Hügel oder Berge angewiesen sind. Ein Loch in den Boden zu bohren, ist eigentlich überall möglich.

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Bis zu 300 Megawatt sollen die Turbinen an der Oberfläche des bis zu 500 Meter tiefen Kolbentunnels im Stande sein zu leisten.

Wird das Projekt gelingen?

Kritiker bezweifeln, ob solch große Anlagen, wie Gravity Power sie mit einer Leistung von bis zu 300 Megawatt plant, überhaupt realisierbar sind. Friedrich Häfner, Professor an der TU Bergakademie Freiberg etwa verweist darauf, dass es an entsprechenden Maschinen zum Schachtbau fehle.

Clemens Martin hält das für abwegig: “Diverse Machbarkeitsstudien von renommierten Experten haben das Gegenteil bewiesen, wir wollen die Schächte im Tagebau ausheben. Das sind bewährte Technologien.” Selbst für den Erdaushub hat er eine Verwendung: “Damit kann man die Stahlbetonhülle befüllen, die später den Kolben bildet.”

Die Testanlage kostet rund 10 Millionen Euro

Der Bau der Testanlage könnte durch Fördermittel des Bayerischen Wirtschaftsministeriums unterstützt werden, hofft Martin. Der Bau der gesamten Anlage soll 10 Millionen Euro kosten. Ein Viertel davon könnte das Land Bayern übernehmen.

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Comments

  1. Eine kleine Korrektur: Der Kolben sinkt nicht mit 2m pro Sekunde nach unten, sondern mit 2 Zentimetern(!) pro Sekunde. Vielleicht können Sie das im Artikel noch korrigieren.

  2. Hier irrt Professor Hafner, natürlich kann man diesen Speicher bauen. Allerdings zu einem hohen Preis. Zudem müssen noch einige artspezifische Probleme gelöst werden. Wo werden zum Beispiel die riesigen Mengen Aushub gelagert? Eine Füllung des Kolbens mit Teilen des Aushubs ist nicht ratsam, weil dieser nicht homogen ist und den Kolben verkanten kann. Die Dichtungen werden extrem hoch belastet und befinden sich zudem an schwer zugänglichen Stellen. Das erschwert Reparaturen. Zudem ist eine Vorhaltung der vollen Leistung nicht möglich, da der Kolben nicht arretiert werden kann.
    Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil kennen diese Probleme nicht. Sie beschreiten technisch einen anderen Weg. Diese neuartige Speicherform könnte, zusammen mit verbesserten Lageenergie-Speichern, die Probleme der Energiewende lösen. Beide Speicherformen verfügen nämlich über ein sehr großes Leistungsvolumen und haben gegenüber Kohle- und Gas-Kraftwerken neben vielen Vorzügen den Vorteil, dass bei ihnen die Umwandlung ihrer Speicherenergie in elektrische Energie völlig CO2-frei erfolgt und ein Ausstoß von Feinstaub, Stickoxyden und Quecksilber wie bei Kohle-Kraftwerken gänzlich fehlt.

    • C. Martin says:

      Hier kurz ein paar erläuternde Infos zu Ihrem Kommentar:
      Der Teil des Aushubs mit dem der Kolben befüllt werden soll, wird vorab entsprechend bearbeitet und sortiert um ein möglichst gleichmäßiges „Gemisch“ zu erzeugen. Eine Verkantung des Kolbens verhindern zudem drei Führungsschienen, die an der Schachtwand befestigt sind.
      Bei den Dichtungen handelt es sich um Dichtungsringe, die an der Mitte der Schachtwand befestigt sind und hydraulisch an den mit Edelstahl glatt verschalten Kolben gedrückt werden. So können auch die bei dieser Größe unvermeidlichen Unebenheiten der Kolbenoberfläche ausgeglichen werden. Die Dichtungsringe sind so konstruiert, dass Sie jederzeit mechanisch nach oben gefahren werden können und so die Dichtungen ausgetauscht werden können, ohne das Wasser aus dem System zu entfernen.
      Zusätzlich werden am oberen Schachtrand sog. „Stillstanddichtungen“ eingesetzt, um den Kolben oben zu arretieren, bis Energie abgerufen wird. Dabei handelt es sich um Standard „Inflatable Seals“. So kann ein Leistungsverlust ausgeschlossen werden.
      Die Demo Anlage wird übrigens doch nicht in Kochel gebaut werden, sondern in der 15km entfernten Stadt Penzberg, da dort die benötigte Infrastruktur bereits vorhanden ist.
      Ich hoffe, diese Infos sind hilfreich und wünsche Ihnen noch einen guten Rutsch!

      • Wenn es bei Ihrem Pumpspeicher keine technischen Probleme gibt, um so besser. Ich freue mich über jeden Mitstreiter, der sich mit neuen Speicher-Technologien befasst. Was uns alle einigen sollte, ist die ungleiche gesetzliche Behandlung von Speichern im Gegensatz zu Reserve-Kohlekraftwerken. Zudem müssten die Förderungsmodalitäten nachhaltig verbessert werden. Bisher haben innovative Speicher-Entwicklungen nur geringe Möglichkeiten den Markt zu erobern, obwohl dies dringend geboten wäre.

        • Ich kann Ihnen nur vollinhaltlich zustimmen! Wir finanzieren deshalb unsere Demo Anlage in erster Linie über unsere Muttergesellschaft in den USA. Da es sich bei den GP Kraftwerken um eine modulare Technologie handelt, die in der Zukunft weltweit eingesetzt werden soll, sind wir auch nicht ausschließlich von den derzeit miserablen deutschen Rahmenbedingungen für Speichertechnologien abhängig. Wir gehen allerdings davon aus, dass sich die Rahmenbedingungen auch in Deutschland mittelfristig ändern müssen und werden, da selbst die Politik bald erkennen wird, dass Speicher ein notwendiger Teil der Infrastruktur für einen zuverlässigen und kosteneffizientn Einsatz von erneuerbaren Energien sind.

  3. Klaus Ebeling says:

    Derzeit schaffen die 26.800 installierten Windanlagen einen Anteil von 13.3% an der deutschen Stromproduktion. Um den Anteil auf theoretische 100% zu steigern, wären weitere 115.000 Anlagen notwendig, plus die 29.666 Anlagen für unsere Elektromobilität, macht etwa 171.500 Anlagen oder je 2,1 km2 in Deutschland ein Windrad oder alle 1,45 km in jede Richtung ein Windrad, egal ob Hochgebirge, Münchner Innenstadt, Naturschutzgebiet oder Arena auf Schalke – herzlichen Glückwunsch, auch an euch, liebe Zugvögel! Außerdem würde Deutschland bei Windstille vom Weltall aus betrachtet nachts so aussehen wie Nordkorea.
    Soweit die Rechnung mit Speicherung die in den Sternen steht und in der erforderlichen Größenordnung sicher Jahrzehnte zur Installation braucht.

  4. ich gehe davon aus, dass die gesamte Beschreibung hinsichtlich zweier Kolben irreführend ist. Zwei gegenläufige Kolben würden ja im Gesamtsystem ihre statische Energie (Summe) nicht ändern sondern nur Reibungs- und Strömungsverluste erzeugen. Das Prinzip funktioniert mit einem einzelnen Kolben. Davon wiederum können auch mehrere eingestezt weredn, wie bei einem Batterieblock.
    Interessant wird der Schachtbau. Typische Schächte im Bergbau sind heute maximal etwa 12 m im Durchmesser. Wasserführende Schichten müssen ggf. auch durchörtert werden. In einer Teufe (Tiefe) von einigen hundert Metern ist das kein Zuckerschlecken und man müsste in jedem Fall Gefriertechnik anwenden. Der Energiebedarf für das Gefrieren eines Schachtrings mit 30 m Durchmesser wäre einmal zu rechnen… Bei den Schächten Gorleben kann man da ggf. Erfahrungen holen. Einschlägige Firmen werden sich freuen. Interessant ist die Idee in jedem Fall. Die Größenordnung von 140 m wohl auch derzeit beherrschbar.

    • C. Martin says:

      Sie haben Recht. Es geht um einen Schacht mit einem Kolben und einer separaten Druckwasserleitung. Die Demo Anlage wird jetzt übrigens auf dem Gelände der Stadtwerke Weilheim in Oberbayern gebaut. Zur Zeit finden dort geologische Erkundungsbohrungen statt. Alternative Standorte in Kochel (wie in dem Artikel erwähnt) und auch in Penzberg haben sich als geologisch problematisch bzw. aufwändig erwiesen. In Weilheim scheinen die Voraussetzungen ideal zu sein. Näheres finden Sie auch unter der Website der Stadtwerke http://www.stawm.de und bei Google unter „Gravity Power Weilheim“.

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