Dieser Kugelpumpspeicher wird heute auf dem Grund des Bodensees verankert. Die Kugel wird nun vier Wochen getestet und erzeugt Strom, wenn das Wasser in die Kugel strömt.

Foto: Felix Kästle/dpa

Um als Speicherkraftwerk für einen Windpark zu dienen, stellen sich die Forscher ein Feld mit bis zu 200 Kugelspeichern in Meerestiefen zwischen 600 und 800 m vor. Jede dieser Kugeln hat einen Durchmesser von 30 m.

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Größere Exemplare dieser Betonkugel sollen künftig als Energiespeicher im offenen Meer eingesetzt werden. In der Nähe von Offshore-Windparks könnten Felder mit bis zu 200 Kugeln große Mengen Strom zwischenspeichern.

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Wirkungsprinzip der Betonkugeln als Pumpspeicherkraftwerke: Links im Bild wird leer gepumpt, rechts Strom erzeugt.

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In der Nähe von Überlingen wird dieser Kugelpumpspeicher in einer Tiefe von 100 m verankert, um Strom zu speichern.

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Bisher lief alles nach Plan. Die Betonkugel mit einem Durchmesser von 3 m wurde gestern im Fährhafen von Konstanz in den Bodensee gebracht und soll heute etwa 200 m vor dem Ufer in Überlingen in 100 m Tiefe abgelassen werden. Für die nächsten vier Wochen muss die Hohlkugel den Praxistest bestehen. Mit dem Modell im Maßstab 1:10 wird erprobt, ob solche Betonkugeln für die Zwischenspeicherung von Strom aus Offshore-Windparks tatsächlich funktionieren.

Das Ziel wären Windparks mit 80 bis 200 Kugelspeichern in direkter Nähe zu einem Offshore-Windpark. Wenn die Windräder mehr Strom produzieren als gebraucht wird, können die vollen Kugeln mit der überschüssigen Energie leer gepumpt werden. Herrscht dagegen Flaute, produzieren die Kugelspeicher per Knopfdruck sofort Strom.

Kugel ist ein Pumpspeicherkraftwerk

Das Prinzip des neuartigen Meerespumpspeichers ist einfach. In der hohlen Betonkugel befindet sich auf der Oberseite eine Öffnung mit einer Pumpturbine. Öffnet man ein Ventil an der Kugel, strömt Wasser in die Kugel und treibt die Turbine an, die Strom erzeugt. Das entspricht dem Entladen des Speichers. Beim Laden des Speichers wird Wasser mit überschüssigem Windstrom aus der Kugel, gegen den Druck der Wassersäule aus der Kugel herausgepumpt. Die Speicherkapazität steigt bei gleichem Volumen linear mit der Wassertiefe an.

Das Prinzip geht auf die beiden Physik-Professoren Horst Schmidt-Böcking und Gerhard Luther der Universitäten Frankfurt und Saarbrücken zurück. Fünf Jahre hat es gedauert, bis die Erfindung zur Anwendungsreife gebracht werden konnte. Das auf Energiesystemtechnik spezialisierte Fraunhofer-Institut IWES in Kassel hat dies im Projekt Stensea (Stored Energy in the Sea), das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wurde, erreicht. Die Betonkugel selbst wurde vom Unternehmen Hochtief Engineering in Frankfurt hergestellt.

Später liegt Kugelspeicher in 600 bis 800 m Tiefe

„Auf Basis der Vorstudie haben wir eine detaillierte Systemanalyse mit Konstruktion, Bau- und Logistikkonzept des Druckbehälters durchgeführt“, so Projektleiter Matthias Puchta vom Fraunhofer IWES. Man habe eine Pump-Turbinen-Einheit entwickelt, die Einbindung in das Stromnetz untersucht und Wirtschaftlichkeitsberechnungen durchgeführt. Im vierwöchigen Modellversuch im Bodensee sollen nun Detailfragen zur Konstruktion, Betriebsführung und Regelung überprüft werden.

Danach werden geeignete Standorte für ein Demonstrationsobjekt in Europa genauer untersucht. Die Kugel im späteren Echtbetrieb würde dann einen Durchmesser von 30 m haben. Sicher ist, dass das Konzept erst ab Wassertiefen von etwa 600 bis 800 m im Meer wirtschaftlich anwendbar sein wird.

Die Speicherkapazität steigt bei gleichem Volumen linear mit der Wassertiefe und beträgt für eine 30-Meter-Kugel bei 700 m ungefähr 20 MWh. Potenzial für die Anwendung der neuen Speichersysteme sehen die Fraunhofer-Forscher beispielsweise vor Norwegen und Spanien, aber auch vor den Küsten der USA und Japan.

Geringe ökologische Auswirkungen der Stromspeicher

Mögliche Auswirkungen auf die Unterwasserwelt haben die Physiker und Ingenieure des Fraunhofer-Instituts ebenfalls bedacht. Die ökologischen Risiken durch die eingesetzten Materialien der Betonkugel, die überwiegend aus Stahl und Beton besteht, seien gering und würden entsprechend ausgewählt, sagt Matthias Puchta. „Wir haben eine Pumpturbine ausgewählt, die auch zur Förderung von Trinkwasser eingesetzt wird. Das Einsaugen von Tieren wird durch die Sicherstellung einer geringen Strömungsgeschwindigkeit am Wassereintritt und durch ein entsprechend sehr feinmaschiges Gitter verhindert. Für einen möglichen Versuch im Meer gilt ähnliches, nur in einem größeren Maßstab.“

Ganz andere Konzepte zur Speicherung von Energie aus Windparks verfolgt der Netzbetreiber Tennet. Er will eine Energie-Insel vor der belgischen Küste bauen, die als Pumpspeicherkraftwerk dienen soll.