Strom aus volatilen Energiequellen, wie Wind und Sonne, erfordert Systeme, die die elektrische Energie speichern, die zu einem späteren Zeitpunkt benötigt wird. Ein Beispiel dafür sind Pumpspeicherkraftwerke, die in der Regel an Gewässer angrenzen. Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt „Stored Energy of the Sea“ arbeiten Forscher an der Entwicklung eines Meeres-Pumpspeicherkraftwerks. Dafür hat das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES aus Kassel den Prototypen eines Pumpspeichersystems im Bodensee getestet. Im Modellversuch wurde ein 20 t schwerer Hohlkugelspeicher in 100 m Tiefe vor Überlingen stationiert. Der Test soll die Machbarkeit des neuartigen Pumpspeichers demonstrieren und auf die Realisierung eines Systems mit 30 m Kugeldurchmesser zur Anwendung im Meer vorbereiten.
Das Prinzip des Hohlkugelspeichers entspricht dem von herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerken, allerdings nicht auf Basis zweier Becken. Der neuartige Pumpspeicher nutzt als oberes Speicherreservoir das Meer selbst. Das untere Speicherbecken wird durch die Hohlkugel auf dem Meeresgrund gebildet. Besteht an Land Strombedarf, öffnet sich ein Ventil an der Öffnung der Kugel. Das in die Kugel einströmende Wasser treibt dabei eine Pumpturbine an, die über einen Generator Strom erzeugt. Dieser wird über Anschlussleitungen zum Festland transportiert. Überschüssiger Strom, der beispielsweise in der Nacht entsteht, wird genutzt, um die Betonkugel wieder leer zu pumpen. Die Schläuche, die in dem Versuchsmodell des neuartigen Kugelspeicherkraftwerks als Druckausgleichsleitung eingesetzt werden, wurden vom Kunststoffhersteller Contitech entwickelt und gefertigt. Durch die Leitung kann Luft in die Kugel nachströmen, wenn das Wasser herausgepumpt wird. Dadurch wird Unterdruck verhindert.
Hoher Außendruck
Die besondere Herausforderung bei der Entwicklung des Schlauches bestand in der Wassertiefe von 100 m, die einem Außendruck von etwa 10 bar entspricht. Um die Einsatzfähigkeit des Schlauches unter diesen Bedingungen zu gewährleisten, wurde er mit Sicherheitsfaktor 3 für einen Außendruck von 30 bar konzipiert. Eine zusätzliche Stahlwendel in der Schlauchwand verleiht ihm die notwendige mechanische Festigkeit. Der Bodensee versorgt rund 4,5 Millionen Menschen mit Trinkwasser. Deshalb entsprechen die Schichten des Schlauches den Anforderungen der Trinkwasserverordnung sowie den Richtlinien der amerikanischen Food and Drug Administration (FDA). Dadurch ist sichergestellt, dass eine Geschmacks- oder Geruchsveränderung des Wassers ausgeschlossen ist.
In einem vierwöchigen Test konnten die Forscher die Funktion des Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerks erfolgreich nachweisen und testen. Nun plant das Institut einen weiteren Versuch mit einer Großanlage in einer Wassertiefe von etwa 700 m. Die Schwierigkeit hierbei besteht darin, einen geeigneten Standort zu finden, der nahe dem Festland liegt. Weniger wichtig ist dabei die Nähe zu einem Offshore Windpark. Voraussetzung ist lediglich die Benutzung eines gemeinsamen Stromnetzes. (nu)
www.energiesystemtechnik.iwes.fraunhofer.de
