Druckluft-Energiespeicheranlagen: ein neuer Ansatz zur Energiespeicherung

Pressebild der Fa. Otto Boge GmbH & Co. KG
Pressebild der Fa. Otto Boge GmbH & Co. KG

(WK-intern) – “Ein neuer Ansatz zur Energiespeicherung ->Druckluft-Energiespeicheranlagen mit Niedertemperaturwärmespeicher, basierend auf Erfahrungen aus der Drucklufttechnik”

Windkraft und Sonne liefern oft zu wenig Strom, wenn er gebraucht wird, andererseits wird es bei zunehmendem Anteil erneuerbarer Energie in den landesweiten Stromnetzen in Zukunft öfter zu viel Strom geben, wenn er nicht benötigt wird.

Deshalb gibt es neben dem Bedarf an Reservekraftwerken auch einen Wunsch nach Speichern für große Mengen elektrischer Energie.

Vieles wird zur Zeit entwickelt. Langjährig erprobte Verfahren sind Pumpspeicherkraftwerke und Druckluft-Speicherkraftwerke mit Zufeuerung von Erdgas wie z.B. Huntorf nahe Bremen seit 1978. Dort wird Druckluft von über 50 bar unterirdisch in einem Salzstock gespeichert, in dem dafür eine Kaverne, ein großer Hohlraum erzeugt wurde. Eine Wärmezufuhr an die Druckluft vor der Expansion ist notwendig, um die Abkühlung der Luft in der Expansionsturbine zu kompensieren und Störungen durch gefrierende Luftfeuchtigkeit zu verhindern. Die Kosten für Erdgas in Deutschland sprechen gegen weitere Druckluftspeicherkraftwerke wie Huntorf. Deshalb wurde eine Entwicklung begonnen, die Kompressionswärme am Ende der Luftkompression bei etwa 600°C zu speichern, sie der Druckluft vor der Expansion wieder zuzuführen und so Speicherwirkungsgrade von 70% (gemessen als: Netzstrom-Aus / Netzstrom-Ein) zu erreichen. Eine erste Anlage zu Erprobung von 90 MW Leistung soll gebaut werden (Name der Entwicklung: “ADELE”); die Wärmespeicherung bei so hoher Temperatur ist technisch anspruchsvoll und leider teuer.

Vorteilhaft ist bei Druckluftenergiespeicheranlagen, dass in Norddeutschland, wo Windkraft reichlich vorhanden ist und Berge für Pumpspeicher fehlen, viele Salzstöcke für Druckluftspeicher zur Verfügung stehen. Auch weltweit gibt es sehr oft unterirdische Speichermöglichkeiten für Druckluft dort, wo Wind günstig zur Verfügung steht, z.B. auch unter der Nordsee.

Auf eine Anfrage aus der Windkraftbranche hin machte sich die Firma Boge eigene Gedanken. Ihr Kerngeschäft ist die Herstellung von Kompressoren für industrielle Druckluft und daraus ergab sich der Plan: Wenn man Druckluft schrittweise komprimiert und abkühlt, bleibt die Temperatur der Kompressionswärme unter 100°C. Man kann sie sehr günstig in der Form von heißem, drucklosem Wasser speichern. Wenn man die Kompressoren bei der Ausspeicherung der Energie gewissermaßen rückwärts laufen lässt, kann man die Wärme der zu expandierenden Luft jeweils bei nahezu der Temperatur zuführen, bei der sie abgeführt wurde und erreicht damit geringe thermodynamische Verluste. Die Druckluftkompression (und später die -expansion) erfolgt aus der Atmosphäre bis zu einem mittleren Druck in einer Turbomaschine, von diesem mittleren Druck bis zum Enddruck in Kolbenmaschinen. Diese Maschinen können durch Abwandlung vorhandener Druckluftkompressortypen mit vergleichsweise geringem Aufwand entwickelt werden. Durch die preisgünstige Wärmespeicherung und die Verwendung der gleichen Maschinen für abwechselnd Kompression und Expansion ergeben sich deutlich geringere Speicherkosten.

Die Abbildung zeigt ein (nicht maßstäbliches) Schaubild. Die Druckluft-Energiespeicheranlage besteht aus einer unterirdischen Salzkaverne S als Druckluftspeicher und einer oberirdischen Druckluftanlage D. D besteht aus mehreren Speicher-Modulen M mit jeweils einer bestimmten elektrischen Leistung (hier 3 Module abgebildet). Ein Modul besteht aus Wärmespeichern W und 2 Containern C (einer für Niederdruck-Kompression und Expansion, der andere für Hochdruck-Kompression und Expansion).

Dies Konzept zu Druckluft-Energiespeicheranlagen mit Niedertemperaturwärmespeicher wurde zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung genauer untersucht. Um zu hohe Einstiegskosten zu vermeiden, wurde ein Speichermodul von etwa 2000 kW ins Auge gefasst, das überallhin transportiert und aufgestellt werden kann, wohin auch große Windradteile transportiert werden können.

Die Untersuchungsergebnisse lauten: Die Größe der Speicherleistung (in kW) und die Größe des Speichers (in kWh) können unabhängig voneinander gewählt werden, die Kosten je kW Leistung werden ab der 3. Anlage bei 500 Euro liegen (langfristig darunter), die Kosten je kWh Speicher (Salzkaverne und Heißwasserbehälter) bei 15 Euro. Ein kW Leistung plus 8 kWh Speicher (entsprechend 8 h volle Leistung bei vollem Ausspeichern, so etwa werden Pumpspeicher in Deutschland ausgelegt) kostet 620 Euro, gegenüber mehr als 1000 Euro bei neu in Deutschland zu bauenden Pumpspeichern. Die Berechnung der Erlöse aus dem Betrieb so eines Speichers (mit den Daten der Strömbörse EEX aus den letzten Jahren) zeigt: Unter den gegenwärtigen Bedingungen rentiert es sich; die Erlöse stammen aber nur zu einem geringen Teil aus der Umwandlung von Überschussstrom in Spitzenlaststrom, der größere Teil der Erlöse stammt aus dem Anbieten von Reserveleistung (wird nur abgerufen, wenn unerwarteter Stromüberschuss oder -mangel ausgeglichen werden  muss; schon für das Bereithalten des Speichers wird bezahlt).

Erwähnt werden muss hierbei die Unsicherheit in der Marktentwicklung – bedingt durch wirtschaftliche und politische (EEG-Änderungen, leider kaum vorhersehbar) Einflüsse.

Weil das Anbieten von Reserveleistung so wichtig ist, wurde das ins Auge gefasste Speichermodul nicht so sehr auf Wirkungsgrad (zunächst etwa 65%) sondern auf schnellen Start (etwa 1/2 Min) hin geplant. Hier ist ein Vergleich der meistdiskutierten Speicher:

  hier vorge-stellter Druck-luftspeicher konventioneller Pumpspeicher in Deutschland Speicher mittels H2 Pumpspeicher

in Norwegen +  Unterseekabel

Li-Akku
Wirkungsgrad

65%

80%

40%

etwa 73%

90%

Kosten je kW

Abgabeleistung

etwa 500 Euro

etwa 350 Euro

>1000 Euro

> 1000 Euro

100 Euro

Kosten je kWh

Kapazität

< 15 Euro

(unterirdisch)

je nach Ort, etwa 100 Euro < 0,1 Euro

 

< 0,1 Euro

 

190 Euro ?  (Prognosen für 2016)
mögliche Standorte Salz-Kavernen  in der nord­deutschen Tief­ebene im Bergland Salz-Kavernen  in der nord­deutschen Tief­ebene große Speicher-Seen in Norwegen

(sind schon vorhanden)

überall
Startzeit

(0-100%)

< 1 Minute Neuanlagen 1-2 Min. 15 Minuten (per GuD) 1-2 Min 0 Min
mögliche Kapazität

hochgerechnet

15 TWh in D

etwa 0,1 TWh

in D

> 500 TWh

in D

geschätzt

20 TWh

?

(TWh: Terawattstunde = 1 Mrd. kWh, täglicher Stromverbrauch in Deutschland rd. 1.5 TWh)

Unter den Bedingungen: 0,05 Euro/kWh Stromeinkaufspreis, Dimensionierung des Speichers im Bereich von 4 bis 20 h voller Ausspeicherleistung (= 4 bis 20 kWh Kapazität je kW Abgabeleistung), mit täglich durchschnittlich 1 bis 6 h Leistungsabgabe ergibt der Druckluftspeicher jeweils die geringsten Kosten je kWh abgegebener Leistung.

Als Kunden für solche Speicher kommen, anders als bei Pumpspeicherkraftwerken, nicht nur große Energieversorger in Frage, sondern mit Investitionskosten ab 3 Mio. Euro (darin eingeschlossen eine Beteiligung an einer Salzkaverne) schon größere Windparkbetreiber und Stadtwerke.

Bevor das ins Auge gefasste Speichermodul durchgeplant und als Prototyp gebaut werden soll, möchte Boge mit diesem Schritt an die Öffentlichkeit die Reaktion der in Frage kommenden Kunden hören.

  • Wird eher eine größere oder eine kleinere Leistung gewünscht?
  • Soll an der Strombörse gehandelt werden, sollen ggf. Inselnetze versorgt werden oder ist das Ziel die Vergleichmäßigung der Stromabgabe aus Windparks?
  • Wie wichtig sind dabei Netzdienstleistungen wie schnelle Regelleistung, Blindstromkompensation oder Schwarzstartfähigkeit?

PM: Pressemitteilung der Fa. Otto Boge GmbH & Co. KG
Ulrich Dämgen
Development Center
Fon: +49 5206 601-289
Fax: +49 5206 601-200

Weitere Beiträge:



Diesen Artikel weiterempfehlen:






Schreibe einen Kommentar

Top