Erneuerbare Energien sind mit einem Problem behaftet: Ihr Ertrag ist größtenteils abhängig vom Wetter. Eine durchgängig sichere Versorgung lässt sich mit ihnen also nicht garantieren. Auf der anderen Seite gibt es Zeiten, in denen beispielsweise Offshore-Windanlagen Strom im Überfluss produzieren. Die Lösung für diese Diskrepanz wären effiziente Speichertechnologien. Ein Team der School of GeoSciences an der University of Edinburgh hat dafür einen viel versprechenden Ansatz untersucht: Die Wissenschaftler wollen den Boden der Nordsee in einen Druckluftspeicher verwandeln.

Wirkungsgrad ist verhältnismäßig gering

Das Prinzip der Druckluftspeicher ist nicht neu. Zwei Anlagen arbeiten bereits nach solch einem System: das Kraftwerk McIntosh im amerikanischen Bundesstaat Alabama und das Kraftwerk Huntorf in Niedersachsen. Dort werden seit den 1970er Jahren unterirdische Hohlräume, sogenannte Kavernen, in Salzstöcken genutzt, um zusammengepresste Luft hineinzupumpen. Steigt der Energiebedarf an, kann die Druckluft abgelassen werden und über eine Turbine einen Stromgenerator antreiben. Allerdings ist dieses Prinzip nicht ganz so wirkungsvoll, wie es klingt.

Denn beim Zusammenpressen der Luft entsteht Hitze. Damit diese nicht zu groß wird, muss die Druckluft abgekühlt werden. Umgekehrt würde sie die Turbine vereisen, sobald sie sich wieder ausdehnt und dabei von selbst abkühlt. Bei diesem Prozess muss sie daher zusätzlich erwärmt werden. Unterm Strich verbleibt in Huntorf ein Wirkungsgrad von nur 42%. Allerdings war die Anlage in Niedersachsen die erste der Welt. Das Kraftwerk McIntosh ist 1991 erbaut und im Vergleich zur deutschen Variante um eine Komponente erweitert worden: Die hohen Temperaturen der Turbinenabgase werden genutzt, um über einen Wärmetauscher die Druckluft leicht vorzuheizen. Daher liegt der Wirkungsgrad zumindest bei 54%.

USA planen bereits neue Druckluftspeicher

Das ist allerdings immer noch sehr wenig, wenn es darum geht, im großen Stil Energie aus fossilen Energieträgern zu speichern. Auf der anderen Seite wäre es viel, wenn es auf diese Weise gelänge, Strom aus Windkraftanlagen zu bewahren, der sonst schlicht verloren ginge, beziehungsweise mangels Nachfrage gar nicht erst produziert würde. Druckluftspeicher könnten im Zusammenhang mit Erneuerbaren Energien dementsprechend eine Renaissance erfahren – in den USA sind derzeit mehrere neue Druckluftspeicher in Planung. In Norton im Bundesstaat Ohio wird beispielsweise ein ehemaliges Kalkstein-Bergwerk umgerüstet.

Am wirtschaftlichsten wäre es natürlich, Druckluftspeicher in der Nähe von Anlagen zu errichten, die Strom aus regenerativen Quellen produzieren. Die schottischen Wissenschaftler wollen die natürlichen Gegebenheiten des Meeresbodens deswegen in einem Gebiet nutzen, in dem Offshore-Windkraftanlagen geplant sind. Unter anderem reduziert sich durch die räumliche Nähe die Zahl der erforderlichen Unterseekabel und damit auch die Kosten.

Speicherkapazität wäre ausreichend für Strombedarf im Winter

Das Forscher-Team ist zusammengesetzt aus Ingenieuren und Geowissenschaftlern. Um das Potenzial einer Energiespeicherung über Druckluft – Compressed Air Energy Storage (CAES) – bewerten zu können, haben sie den Prozess über mathematische Modelle simuliert. Grundlage waren Daten über geologische Formationen in der Nordsee, die sie auswerteten, um die Speicherkapazität zu ermitteln. Denn möglich ist das Verfahren nur dort, wo die Sandsteinschichten ausreichend dick und von nichtdurchlässigem Gestein überdeckt sind. Als Maßstab für die Kapazität zogen die Wissenschaftler den britischen Strombedarf in den Monaten Januar und Februar heran, in denen der Verbrauch im Jahresdurchschnitt am höchsten ist. Das Ergebnis: In den porösen Gesteinsschichten unterhalb der britischen Gewässer könnte sogar genug Energie gespeichert werden, um den Strombedarf in diesem Zeitraum zu 150% zu decken. Möglich wäre es, in Zeiten mit geringem Verbrauch, beispielsweise im Sommer, die Speicher zu füllen, um dann im Winter auf die Energie zurückzugreifen.

Offen ist derzeit unter anderem noch die Frage der Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu anderen Formen der Energiespeicherung. Denn Tausende von Bohrlöchern wären nötig, um die Druckluft unter die Erde zu bringen. Auch über eventuelle ökologische Auswirkungen liegen noch keine Studien vor.

Alternative Ansätze zum Thema Energiespeicherung:

• In Niedersachsen entsteht eine Power-to-Gas-Anlage
• Schweizer koppeln Pumpspeicher, Fernwärme und Fernkältetechnik
• Elektroauto als offizieller Energiespeicher
• Betonkugeln speichern Windstrom