26.04.2016, 07:11 Uhr | 7 |

Testlauf für neue Technik Betonkugeln im Bodensee sollen Windstrom speichern

Die Idee ist genial: Warum nicht Energie in riesigen, hohlen Betonkugeln am Meeresgrund speichern? Ob das funktioniert, wird demnächst im Bodensee erprobt. Wenn die Betonkugeln standhalten und sich die Technik bewährt, könnten Offshore-Windparks mit Kugeln ausgestattet werden, die pro Stück 20 MWh speichern können.

Betonkugeln als Energiespeicher eines Windparks
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Betonkugeln als Energiespeicher eines Windparks: Demnächst beginnt ein Testlauf im Bodensee. Wir Strom gebraucht, fließt Wasser in die Kugeln und treibt eine Turbine an. Ist Strom übrig, werden die Kugeln wieder leergepumpt.

Foto: Hochtief Solutions

Das Puffersystem, das sich Ingenieure des Essener Baukonzerns Hochtief und des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel ausgedacht haben, besteht aus hohlen Betonkugeln mit einem Durchmesser von 30 Metern. Sie haben drei Meter dicke Betonwände und sollen auf dem Meeresgrund gleich neben Offshore-Windparks verankert werden. Jede Kugel wiegt rund 10.000 Tonnen.

Besteht an Land Strombedarf, öffnet sich ein Ventil an der Spitze der Kugeln. Meerwasser schießt mit einem enormen Druck in den Hohlraum. Dabei treibt das Wasser einen Turbogenerator an, der Strom erzeugt. 

Da die Kugeln Teil der Windparks sind, kann die Energie über die Anschlussleitungen zum Festland transportiert werden. Überschüssiger Strom, der beispielsweise in der Nacht entsteht, wird dann genutzt, um die Betonkugel wieder leerzupumpen.

20 Megawattstunden Speicherkapazität pro Kugel

Am besten funktioniert das System, wenn die Kugeln in einer Wassertiefe von 500 Metern und mehr positioniert werden, weil der Wasserdruck mit wachsender Tiefe steigt und damit die Energie des einströmenden Wassers. Mit heutiger Pumpentechnik sind 700 Meter das Maximum. Eine 30-Meter-Kugel kann bis zu 20 Megawattstunden speichern.

Die Vorteile dieser Technik sind enorm: Die Pumpspeicherkraftwerke können auf die Infrastruktur der Windparks zurückgreifen und sie liegen in großen Tiefen auf dem Meeresgrund, ohne zu stören. Übliche Pumpspeicherkraftwerke brauchen große Flächen, der Landschaftsverbrauch durch Ober- und Unterseen wäre enorm, um auch nur einen Teil des Speicherbedarfs zu decken.

Die Betonkugeln können dagegen auf dem Meeresgrund liegen und können überschüssige Strommengen der Windparks ohne große Leitungsverluste speichern. Die Ingenieure von Hochtief und Fraunhofer sprechen von einem Wirkungsgrad von um die 85 Prozent. Um als Puffer eines Offshore-Windparks zu dienen, müssten zwischen 80 und 200 Kugeln installiert werden. Das ergäbe eine Speicherkapazität zwischen 1600 und 4000 Megawattstunden.

Pro Windpark sollen 80 bis 200 Kugeln verankert werden

Ob die Technik funktioniert, wollen Hochtief und Fraunhofer im Herbst im Bodensee im Maßstab 1:10 erproben. Eine Betonkugel mit einem Durchmesser von drei Metern und einem Gewicht von 20 Tonnen hat Hochtief Engineering in Frankfurt am Main schon gegossen.

Sie wird im Herbst im Bodensee bei Überlingen in einer Wassertiefe von 100 Metern stationiert, um das System namens Stensea (Stored Energy in the SEA, also Energiespeicher im Meer) zu erproben. Vier Wochen soll der Testlauf dauern. Das Projekt wird von der Bundesregierung im Rahmen der Energiewende gefördert.

Ein ähnliches Konzept, ebenfalls mit Betonkugeln unter Wasser, verfolgen Forscher am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge in den USA. Forscher des kanadischen Unternehmens Hydrostore wollen statt der Betonkugel riesige Unterwasserballons einsetzen, die aufgepumpt und entleert werden. Ein ungewöhnliches Konzept haben sich auch belgische Ingenieure ausgedacht. Sie wollen vor der Küste eine künstliche Insel mit einem großen Loch in der Mitte anschütten. Durch wechselnden Wasserspiegel wollen sie so überschüssige Offshore-Energie speichern.

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Von Wolfgang Kempkens & Axel Mörer-Funk
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kommentare
26.04.2016, 09:33 Uhr AG
"Leerpumpen" ist kein eindeutiger Begriff. Was ist in der Betonkugel, wenn kein Wasser drin ist?
Luft? Müsste beim Einströmen komprimiert werden.
Vakuum? Böte Widerstand beim Leerpumpen.
Gibt es Angaben zum Wirkungsgrad des Systems?

26.04.2016, 12:58 Uhr E_S
dieses Problem könnte man evtl. über ein Ausgleichbehälter lösen. Evtl. gibt es ein Luftkanal, das an die Oberfläche geleitet wird. Auf jeden fall bin ich gespannt wie Sie dieses Projekt realisieren genauso wie sich das System in einer Tiefe von 500m verhält. Man überlege sich ~50bar, Schmutz, Sand, Meerestiere, usw. Natürlich filterbar, aber wieder mit Verlusten behaftet.

27.04.2016, 09:36 Uhr MRexon
Die hierfür vorgesehenen Pumpturbinen müssen laufend gewartet werden und müssen auch manchmal repariert werden. Wie soll das möglich sein in 500m-700m Tiefe? Da kommt kein Taucher hin und auch ein Service via U-Boote dürfte nicht machbar sein. Das heißt, für jede banale Serviceleistung müsste diese gigantische Betonkugel (eine 30m Kugel pro Windturbine!) vom Meeresgrund mit einem sehr hohen finanziellen und Zeitaufwand an die Oberfläche geborgen werden. Da wird jeder Laie nachvollziehen können, dass sich diese Technologie ohne Riesensubventionen niemals rechnen kann, ganz abgesehen von den negativen Einflüssen auf die sehr fragile Unterwasserwelt in diesen Tiefen durch das widerholt notwendige Bergen der Kugeln und insbesondere durch die unnatürlichen Strömungen verursacht von 80 - 200(!) Betonkugeln in dieser Extremtiefe..

27.04.2016, 10:21 Uhr par2
Also ich weiß nicht wie das zusammen passen soll... Offshore-Windparks sind selten in 500Meter tiefem Wasser installiert... nicht mal "in der nähe" davon...
Also dürfte das "gemeinsame" nutzen der Infrastruktur doch schwieriger sein wie beschrieben...
Ansonsten sicher eine gute Idee

02.05.2016, 07:26 Uhr jgreve
Erfindungen von "Baukonzernen" für den öffentlichen Bereich sollten immer mit einer gewissen Skepsis gesehen werden. Zwar klingt die Idee gut, jedoch lässt sich mit der Wartung von Pumpen und Turbinen zukünftig auch "gutes" Geld machen! Thema: "beratender Ingenieur"

02.05.2016, 09:34 Uhr harryausb
H_K
Eigentlich ist es eine geniale Idee. Aber:
10000 Tonnen Beton sind nötig um im günstigsten Fall 20 MWh zu speichern. Dazu kommen noch Turbine und Verkabelung. 20 MWh kosten laut Agorameter (bei 30 Euro/MWh) 600 Euro. Da müsste schon sehr oft gefüllt und entleert werden bis sich die Kugel rechnet.
Wie soll eine nach Defekt vollgelaufene Kugel mit etwa 25000 Tonnen (10000 Beton + 15000 Wasser) auf ein Schiff gehoben und repariert werden?
Wasserstofftechnologie ist vielleicht doch sinnvoller...

06.10.2016, 17:34 Uhr GerdS
Die Pumpen können genauso an Land installiert sein, können sogar über der Wasseroberfläche installiert sein. Als Pumpenhöhe gilt ja nur die Höhe von Speicherlevel zu Meereshöhe. Das gleiche gilt für die Turbinen.
Ich sehe da ganz großes Potenzial für diese Speicher, wobei natürlich die Wartung von anlagenkritischen Bauteilen unter Wasser schon eine Herausforderung ist. Aber wir schaffen es doch auch in bis zu 3.000m Tiefe (einigermaßen) sicher Öl zu pumpen?! Und wenn tatsächlich mal ein Speicher kaputt ist, na dann zur bleibt er dort eben stehen und wenn es mehrere sind werden sie eben ausgetauscht. Auftauchen und Abtauchen geht ja ganz leicht, indem entweder der Gehälter entsprechend gefüllt oder geleert wird ;-)

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