Unterwasser-Batterie: das Meer-Ei als Unterwasser-Pumpspeicher.
Für eine erfolgreiche Umsetzung
der Energiewende werden alle möglichen, heute bekannten Stromspeicherarten
benötigt. Immer wieder gibt es neue Ideen und Ansätze. Manche davon sind weit
hergeholt, technisch aufwändig und deshalb zu teuer. Es gibt aber auch Ideen,
die erfolgreich umgesetzt werden könnten.
Klar ist, das Strom aus Sonne und Wind unregelmäßig produziert wird. Deshalb
muss mit den Überschüssen etwas Sinnvolles getan werden. Die Überschüsse
einfach zu vernichten ist die schlechteste aller Alternativen. Denn Strom aus
Sonne und Wind hilft dem Klimaschutz. Im Jahr 2018 wurden in Deutschland jedoch
50 Milliarden Kilowattstunden an überschüssigem Ökostrom kostenlos an das
Ausland abgegeben oder weggeworfen. Zudem mussten Windräder mehrmals abschaltet
werden. Diesen 50 Milliarden Kilowattstunden stehen 31 Milliarden
Kilowattstunden (kWh) gegenüber, welche die Kraftwerke im Rheinischen
Braunkohlerevier in einem Jahr produzieren. Das zeigt die Dimension dieser
Thematik. Und diese nicht genutzte Energie fehlt an den Tagen, die windstill
oder bewölkt sind. An Tagen, an denen wenig grüner Strom produziert wird. Der
grüne Strom wird dadurch unnötig teurer. Deshalb braucht es noch viel mehr
Speicherkapazität für erneuerbare Energien.
Seit langem gibt es Pumpspeicherstauseen. In der Schweiz werden diese
erfolgreich betrieben. Zwei deutsche Physiker haben nun eine Lösung entwickelt,
die ähnlich funktioniert: Pumpspeicher für den Unterwassereinsatz. Die für
Ökostrom konzipierten Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerke sollen im
Braunkohletagebau eingesetzt werden. Oder im Meer, auch das wäre möglich.
Ähnlich wie ein Stausee sollen die neuartigen Unterwasser-„Akkus“ funktionieren. Denn eigentlich sind sie klassische Pumpspeicher-Kraftwerke. Das als „Meer-Ei“ bezeichnete Kraftwerk arbeitet als kugelförmige Anlage unter Wasser. Im Bodensee wurde bereits ein Prototyp erfolgreich getestet. Nach diesem Testeinsatz planen die Physiker nun den Einsatz solcher Unterwasserspeicher in riesigen Gruben, die nach dem Braunkohletagebau übrigbleiben.
Kurz- und mittelfristig wird man mit Lithium-Ionen-Batterien nicht den Bedarf an Kurzzeitspeichern decken können, dies, obwohl riesigen Fortschritte erzielt werden, denn die Lebensdauer ist auf etwa 3.000 Ladezyklen begrenzt. Mindestens aus heutiger Sicht.
Abgeleitet von der Idee eines Pumpspeicher- oder Flusskraftwerks, wo man mit der Wasserkraft Strom erzeugt, indem man einem tiefer liegenden Reservoir Wasser zuführt und mit diesem Druck Turbinen antreibt, wurden ähnliche Technologien gesucht.
Die Idee eines Meer-Ei’s im
Bodensee als erster Versuch
Das Meer-Ei ist ein Unterwasser-Pumpspeicher. Wird Strom gebraucht, lässt man
Wasser in die Hohlkugel einströmen und treibt damit Turbinen an. Der
Aussendruck ist gross genug. Mit überschüssigem Strom wird Wasser aus der
Hohlkugel in die Unterwasserumgebung abgepumpt. Im Ruhrgebiet läuft aktuell eine
Machbarkeitsstudie zu einem solchen Pumpspeicher in einer ehemaligen Zeche. Die
ersten Ergebnisse sind vielversprechend. So kann man einen Hohlraum – im
einfachsten Fall eine Kugel – auf den Grund eines Sees versenken. An der
tiefsten Stelle der Kugel sollte eine Turbine Strom erzeugen, wenn Wasser in
die Kugel einströmt. Je tiefer die Kugel im See liegt, desto stärker ist der
Druck auf die Turbinen. Um Energie zu speichern, pumpt man das Wasser gegen den
Druck der Wassersäule wieder heraus.
Bei einem ersten Testlauf im Bodensee wurde dieses „Meer-Ei“ im November 2016 in den Bodensee auf 100 Meter Tiefe abgesenkt. Der zum Leerpumpen der Kugel aufgewendete Strom ließ sich zu 90 Prozent wiedergewinnen. Das ist ein Wirkungsgrad von 90% und deutlich besser als bei der „Power-to-Gas„-Technik.
Nach Ende des Braunkohleabbaus, wenn
das Hambacher Loch geflutet wird, könnte in Nordrhein-Westfalen die zweitgrößte
Seenlandschaft nach dem Bodensee entstehen. An der tiefsten Stelle der Grube könnte
ein Pumpspeicherkraftwerk errichten, das mehr elektrischen Strom speichert, als
die Braunkohlekraftwerke dort bisher produzierten.
Referenzdaten eines etwa 100 Meter hohen Hohlraums:
- 300 Gigawattstunden je Speicher-Zyklus
- 100 Füllzyklen pro Jahr
- 30 Terawattstunden im Jahr
- 30 Milliarden Kilowattstunden
- CO2 Reduktion 30 bis 50 Millionen Tonnen
Die gleiche Energiemenge wird heute im Rheinischen Braunkohlerevier erzeugt. Oder
sieben Mal so viel, wie alle vorhandenen Wasserpumpspeicherwerke in Deutschland
zusammen.
Referenzdaten eines etwa 200
Meter hohen Hohlraums:
- 400 Gigawattstunden je Speicher-Zyklus
- 200 Füllzyklen pro Jahr
- 50 Terawattstunden im Jahr
- 50 Milliarden Kilowattstunden
- CO2 Reduktion 40 bis 60 Millionen Tonnen
Das deckt den gesamten Kurzzeitspeicherbedarf für erneuerbare Energien in Deutschland.