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Infografik
22.06.2018
Strom als Druckluft speichern
Der zunehmende Anteil stark schwankenden Solar- und Windstroms ruft nach Speichern. Grosse Strommengen können bislang nur in Stauseen gespeichert werden. Eine Alternative sind Druckluftspeicher. Bei Biasca gibt es eine Versuchsanlage.
Überschüssiger Strom treibt einen Kompressor an. Dieser verdichtet Aussenluft und speichert sie in einem Hohlraum, zum Beispiel einer Kaverne. In Zeiten von Strombedarf wird die Druckluft auf eine Turbine geleitet. Diese treibt einen Generator an, der Strom erzeugt.
Kann die beim Verdichten der Luft entstehende Wärme gespeichert und beim Entspannen der Druckluft wieder genutzt werden, entfällt das Nachheizen mit Erdgas. In einem Versuchsstollen bei Biasca wurde eine solche Wärmespeicherung 2016 erfolgreich getestet. Dabei kam eine Kombination zweier Speicher zum Einsatz (vgl. unten). Die Wärmespeicherung erhöht den Wirkungsgrad des Luftspeicherkraftwerks auf 70 bis 75 Prozent.
Wird Luft verdichtet, erwärmt sie sich. Wird sie entspannt, kühlt sie sich ab. Beides ist gut beobachtbar beim Pumpen eines Fahrradschlauchs bzw. beim Luftablassen. Wenn beim Luftspeicherkraftwerk die Kompressionswärme nicht gespeichert wird, muss die entspannte Druckluft erwärmt werden, bevor sie in die Turbine geleitet wird, sonst vereist diese. Bei den beiden weltweit einzigen Luftspeicherkraftwerken in Huntorf (DE) und McIntosh (USA) geschieht dies mit Erdgas. Der Wirkungsgrad Strom–Druckluft–Strom liegt bei 40 Prozent (Huntorf) bzw. bei 55 Prozent (McIntosh).
In der Versuchsanlage bei Biasca wurde eine Kombination zweier Wärmespeicher getestet:
- Kieselsteine in einer Betonwanne. Werden diese von der heissen Luft durchströmt, erwärmen sie sich. Da die Wärme spürbar ist, nennt man dies einen Sensibelwärmespeicher.
- Stahlrohre mit einer Aluminium-Kupfer-Silizium-Legierung. Wird diese Legierung erhitzt, schmilzt sie bei 520 Grad Celsius und speichert damit die Schmelzwärme. Beim Abkühlen verfestigt sich die Legierung und gibt die Schmelzwärme wieder ab. Beim Übergang von fest zu flüssig ändert die Legierung ihre Temperatur nicht, obwohl sie dabei viel Wärme aufnimmt. Man nennt dies deshalb einen Latentwärmespeicher (von lateinisch «latere», verborgen sein). Dessen Vorteil liegt darin, dass er die Temperatur der Luft beim Entspannen konstant hält, was die Turbinenleistung verbessert.
Die Versuchsanlage bei Biasca nutzte einen Stollen, mit dem Aushub aus dem Gotthardbasistunnel abtransportiert worden war. Neben dem erfolgreichen Test der Wärmespeicher konnte auch gezeigt werden, dass der Hohlraum dicht genug ist, um Druckluft zu speichern. Nun gilt es zu untersuchen, unter welchen Bedingungen ein derartiges Luftspeicherkraftwerk wirtschaftlich betrieben werden kann. Grundsätzlich ist mit geringeren Kosten zu rechnen als bei einem Pumpspeicherkraftwerk und mit sehr geringen Umweltauswirkungen – sind doch neue Speicherseen gerade aus Landschaftsschutzgründen heute kaum mehr realisierbar.
Hinweis: Motor und Generator sind in Druckluftspeicherkraftwerken in derselben Maschine vereint, hier aber zum besseren Verständnis getrennt dargestellt.
Quellen: alacaes.com | ETH Zürich, Institut für Energietechnik, Professur für Erneuerbare Energieträger | Bundesamt für Energie | Schweizerischer Nationalfonds, Nationales Forschungsprogramm 70