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Mechanische Energiespeicher

Ein Hauptproblem bei der Bereitstellung von elektrischer Energie ist, dass der Zeitpunkt der Erzeugung im Kraftwerk nicht immer mit dem Zeitpunkt der Nutzung zusammenfällt. Die Nachfrage schwankt stark abhängig von der Tageszeit, während Kraftwerke nicht beliebig schnell reagieren können. Eine offensichtliche Lösung ist es, überschüssige Energie für einen späteren Zeitpunkt zu speichern. Eine Möglichkeit ist die Nutzung mechanischer Speichermethoden, wie Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicherkraftwerke oder Schwungräder.

Pumpspeicherkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerke gehören zu den erfolgreichsten Methoden Energie zu speichern. Ein Pumpspeicherkraftwerk besteht aus zwei miteinander verbundenen, auf verschiedenen Höhen befindlichen Wasser-Reservoirs. Ist überschüssiger elektrischer Strom vorhanden, so wird Wasser mittels einer elektrischen Pumpe in das höher gelegene Becken gepumpt. Wird Energie benötigt, so wird das Oberbecken geleert und eine Turbine durch das fallende Wasser angetrieben.

Industrieanlage
Industrieanlage - nengloveyou - Fotolia.com

Pumpspeicherkraftwerke sind die weltweit bedeutendste Speichertechnologie. Die Methode ist bewährt und zuverlässig und wird vor allem zur mittelfristigen Speicherung, typischerweise zwischen zwei bis acht Stunden, eingesetzt. Nachteilig ist, dass Pumpspeicherkraftwerke auf einen größeren Höhenunterschied angewiesen sind und daher nicht an einem belieben Standort errichtet werden können. Die größten Ausbaupotentiale für diese Technologie in Europa sind vor allem in Norwegen und Schweden vorhanden, aber auch aus ökologischer Sicht nicht unumstritten.

Druckluftspeicherkraftwerk

Druckluftspeicherkraftwerke, auch CAES (compressed air energy storage) Systeme genannt, verdichten während des Ladevorgangs Luft mittels eines Kompressors. Diese Druckluft kann nun in Tanks, oder bei größeren Versionen in Kavernen gespeichert werden. Um die Energie zurück zu gewinnen, wird mittels der Druckluft eine Turbine/Generator-Einheit angetrieben.

Ein Problem der CAES Systeme ist, dass sich Luft während der Kompression stark erhitzt und entsprechend gekühlt werden muss. Dehnt sich die Druckluft bei der Rückgewinnung wieder aus, kühlt sie wiederum stark ab. Um das Einfrieren des Systems zu verhindern, muss es beheizt werden, wodurch das System stark an Effizienz verliert. Versuche, die bei der Kompression entstehende Wärme separat zu speichern, um sie bei der Rückgewinnung zum Heizen zu nutzen, haben sich jedoch als durchaus erfolgreich erwiesen.

Vergleichbar mit Pumpspeicherkraftwerken eignen sich CAES Systeme zur mittelfristigen Speicherung von Energie. Sie sind relativ günstig im Unterhalt, benötigen jedoch hohe Anfangsinvestitionen und sind für den Standort von bestimmten geologischen Gegebenheiten, wie Salzkavernen, abhängig.

Schwungräder

Schwungräder sind große rotierende Massen, welche von einem Motor beschleunigt werden, und so kurzfristig Energie in Form von kinetischer Rotationsenergie speichern können. Zur Entladung wird die kinetische Energie mittels Generator wieder in elektrischen Strom umgewandelt.

Schwungräder entladen sich aufgrund von Reibungskräften schnell selbst und können Energie nur sehr kurzfristig speichern. Sie sind deshalb nur geeignet, wenn für kurze Zeit eine sehr hohe Leistung gefordert wird und eine hohe Anzahl von Lade-/Entladezyklen zu erwarten ist. Schwungräder finden zum Beispiel in großen Fahrzeugen, wie in Straßen- und U-Bahnen Verwendung. Sie unterstützen das Fahrzeug während des Bremsvorgangs und können die Bewegungsenergie bis zum nächsten Beschleunigungszyklus speichern, oder mittels eines Generators in elektrischen Strom umwandeln. Auf diese Weise lässt sich ein beträchtlicher Teil an Energie einsparen.

Zur Speicherung von Energie im industriellen Maßstab ist diese Methode nur bedingt geeignet. Das größte Hindernis sind dabei die schnelle Selbstentladung und der damit verbundene geringe Wirkungsgrad.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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