Eine Batterie aus Wasser

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Wind- und Solarstrom sollten bei Überschuss gespeichert werden können, um diese Form regenerativer Energieproduktion so effektiv wie möglich zu nutzen. In Bergregionen übernehmen Pumpspeicherwerke diese Aufgabe – doch welche Lösungen gibt es im Flachland? Der Powertower gibt darauf eine Antwort.

Nachhaltig erzeugte Energie ist die Zukunft und derzeit sehr begehrt – einerseits wegen der schwierigen energiepolitischen Lage, andererseits weil sich in breiten Teilen der Bevölkerung mehr Umweltbewusstsein gebildet hat. „Wind- und Solarstrom werden jedoch nicht auf Knopfdruck, sondern nach den Wetterbedingungen erzeugt“, erklärt Valerie Neisch, Bauingenieurin und Leiterin des Wasserbaulabors an der Uni Innsbruck. „Zu manchen Zeiten wird mehr Strom benötigt als gerade erzeugt wird, hier muss noch zugebaut werden“, meint Neisch, „andersherum wird manchmal aber auch zu viel Strom erzeugt, z. B. bei starkem Wind, dann kann der erzeugte Windstrom nicht mehr ins Netz eingespeist werden, da dies zu einer Überlastung der vorhandenen Netze führen würde.“ Da wäre es dann sinnvoll, diesen Strom speichern zu können. Es brauche mehr regenerative Energien, aber damit bringe man auch mehr Schwankungen ins System – und diese können Speicher ausgleichen.

In gebirgigen Regionen werden dafür sogenannte Pumpspeicher eingesetzt. Diese bestehen aus einem Ober- und einem Unterbecken. Bei Energieüberschuss wird Wasser aus dem unteren in das obere Becken gepumpt und dieses gefüllt. „Wird nun Strom benötigt, kann man es wieder den Berg hinunterfließen lassen, wobei eine Turbine angetrieben wird. Die gespeicherte Energie wird also, mit ein paar Verlusten, wieder zurückgewonnen.“

Entwicklung des PowertoweRS

Was kann man aber in Regionen machen, wo es keine Berge gibt? Ein Team von ExpertInnen der Uni Innsbruck entwickelt als Speichermöglichkeit im Flachland seit einigen Jahren den sogenannten Powertower, der dieses Problem lösen könnte. Dabei handelt es sich um einen mit Wasser gefüllten Zylinder, in dem ein sehr schwerer Kolben mithilfe einer Pumpturbine auf und ab bewegt werden kann. Der Powertower kann dabei über der Erde in Form eines Turmes oder unterirdisch in einem Schacht errichtet werden, was aktuell die favorisierte Variante ist.

Im Gegensatz zu einem klassischen Pumpspeicherwerk findet sich hier der hohe Druck jedoch im unteren Wasservolumen, das sich unter dem schweren Kolben befindet. Um nun Energie zu speichern, wird der Kolben im Zylinder nach oben gedrückt, indem Wasser unter den Kolben gepumpt wird. Dabei steigt der Kolben langsam nach oben. Der Speicher ist geladen, wenn der Kolben ganz oben im Zylinder angekommen ist.

Zur Energierückgewinnung lässt man den Kolben unter dem Einfluss der Schwerkraft kontrolliert wieder nach unten absinken und treibt dabei mit der umgedrehten Wasserströmung die Turbine an.

Der Powertower ist ein einfaches, robustes System und besitzt ähnlich hohe Wirkungsgrade wie die der Pumpspeicherung. „Wenn alle Komponenten gut auf das System ausgelegt sind, kommt man auf über 80 Prozent“, erklärt die Ingenieurin. „Außerdem hat so ein Powertower eine lange Lebenserwartung, was ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung neuer Speicherformen ist."

Skalierbarkeit

 „Die Leistung des Powertowers ist skalierbar“, erklärt Neisch. Hier gilt: Je größer die Anlage und je schwerer der Kolben, desto mehr Speicherkapazität besitzt das System. Die Zielgröße ist ein Powertower in einem 100 Meter tiefen Schacht, der eine Megawattstunde speichern kann. Der Weg dorthin erfolgt in einem Stufenplan. Aktuell sei man dabei, eine Demo- und Testanlage eines Powertowers in einem 20 Meter tiefen Schacht in Süddeutschland, in Baden-Württemberg, zu planen. Hier soll der erste Powertower in unterirdischer Bauweise errichtet werden.

Jede Baugröße bringt auch ihre eigenen Herausforderungen mit sich, die es mit ExpertInnen verschiedenster Disziplinen (Maschinentechnik, Dichtungs- und Führungstechnik, Schachtbauweise, Kolbenaufbau) zu lösen gilt. Neben der Stromspeicherung soll hier das erste Mal auch die Wärmespeicherung im System mituntersucht werden. Die Kombination aus Strom- und Wärmespeicher würde den Powertower noch attraktiver und kosteneffektiver machen.

Zur Person

Valerie Neisch ist Bauingenieurin und Leiterin des Wasserbaulabors an der Uni Innsbruck.

  • Valerie-Neisch

    „Wind- und Solarstrom werden nicht auf Knopfdruck, sondern nach den Wetterbedingungen erzeugt.“ Valerie Neisch



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