Druckluftenergiespeicher im Fokus

»Angesichts der aktuellen Marktsituation sind vor allem dezentral einzusetzende Energiespeicher gefragt«#

Interview vom 16.09.2020

Dr.-Ing. Marcus Budt, stellv. Abteilungsleiter Energieanlagen

Je höher der Anteil erneuerbarer Energien, desto größer der Bedarf an Energiespeichern – so lautet eine ungeschriebene Regel der Energiewende. Dass dadurch auch Druckluftenergiespeicher verstärkt in den Fokus rücken, beobachtet Dr.-Ing. Marcus Budt. Der UMSICHT-Wissenschaftler hat das Thema bereits in seiner Promotion aufgegriffen und befasst sich im Projekt »KompEx LTA-CAES® modular« aktuell mit der Frage, wie der Schritt von der klassischen Großanlage zu kleinen modularen Systemen gelingt.

Wie funktioniert Druckluftenergiespeicherung?

Marcus Budt: Druckluftenergiespeicher kommen bei der Zwischenspeicherung von Strom zum Einsatz. Dieser wird über Kompressoren in Druckluft umgewandelt und zu einem späteren Zeitpunkt mit Hilfe von Turbinen wieder in elektrischen Strom umgewandelt. Dabei gibt es zwei verschiedene Ansätze. Bei diabaten Druckluftenergiespeichern wird die komplette Wärme, die bei der Verdichtung der Luft anfällt, an die Umgebung abgegeben. Die kalt gespeicherte Druckluft braucht daher bis heute fossile Zufeuerung, um später wieder zu Strom zu werden. Adiabate Druckluftenergiespeicher dagegen sind nicht länger auf fossile Brennstoffe angewiesen. Sie speichern auch die Wärme, die bei der Verdichtung anfällt, und nutzen sie später zum Vorwärmen der Luft.

Auf welchen Ansatz konzentrieren Sie sich bei Ihrer Forschung?

Marcus Budt: Wir sind seit 2007 im Bereich der Druckluftenergiespeicherung aktiv und haben über die Jahre viele verschiedene Systemvarianten untersucht, unser Fokus liegt aber auf der adiabaten Speicherung. Zum einen befassen wir uns dabei mit der Simulation von Gesamtanlagen und schauen uns an, wie die einzelnen Komponenten so aufeinander abgestimmt werden können, dass ein optimales Gesamtanlagenverhalten entsteht. Sprich: dass bspw. möglichst viel von der eingesetzten Energie wieder genutzt werden oder die Anlage möglichst flexibel agieren kann. Wo es erforderlich ist, befassen wir uns auch mit der technologischen Entwicklung spezialisierter Anlagenkomponenten, dort vor allem mit Turbomaschinen.

Bei »KompEx LTA-CAES® modular« kommt im Grunde beides zusammen. Ziel des Projektes ist es, Druckluftenergiespeicherung flexibler und nachhaltiger zu gestalten – und zwar, indem wir auf kleine modulare Systeme setzen. Dazu muss man wissen, dass klassische Druckluftenergiespeicher Großanlagen mit einigen 100 MW Leistung sind. Weltweit gibt es nur zwei solcher Anlagen, die kommerziell genutzt werden: das Uniper Kraftwerk im deutschen Huntorf, das seit 1978 auf Salzkavernen-Speicherung setzt, und eine Anlage im US-amerikanischen McIntosh, die seit 1991 in Betrieb ist. Angesichts der aktuellen Marktsituation, in der vor allem dezentral einzusetzende Speicher benötigt werden, um Fluktuationen bei Stromerzeugung und -verbrauch aufzufangen, sind Neubauten solcher Anlagen derzeit nicht gefragt. Die neuen Druckluftenergiespeicher, die zum Beispiel im Rahmen von »KompEx LTA-CAES® modular« entstehen, bewegen sich eher in einer Größenordnung von 2 MW pro Modul.

Eine weitere Innovation, die wir vorantreiben, ist die Kombination von Turbo- und Kolbenmaschinen. Bisher sind Druckluftenergiespeicherkonzepte immer entweder reine Turbo- oder reine Kolbenmaschinenlösungen gewesen. Wir bringen beide Ansätze und ihre Vorteile zusammen und gestalten die Maschinen gleichzeitig umkehrbar. Sprich: Beide Maschinentypen können sowohl als Verdichter als auch als Expander arbeiten. Auf diese Weise senken wir die Investitionskosten für die entsprechende Anlage.

Werden sich die großen Druckluftenergiespeicher irgendwann wieder lohnen?

Marcus Budt: Das wird wohl erst wieder der Fall sein, wenn deutlich mehr erneuerbare Energien produziert werden. Vielleicht in 10 bis 20 Jahren. Eigentlich müsste man aber heute mit der Planung oder zumindest mit der Forschung und Weiterentwicklung solcher Anlagen anfangen. Denn wenn ich an einen großen Druckluftenergiespeicher oder auch ein Pumpspeicherkraftwerk denke, bin ich mit Genehmigungsverfahren und Bauzeit schnell bei sieben oder zehn Jahren, bevor ich die Anlage in Betrieb nehmen kann.

Es gibt aber auch heute schon Anwendungsfälle, bei denen sich Druckluftenergiespeicher lohnen können. Etwa auf einer Insel oder bei einem Bergwerk an einem abgelegenen Ort. Also letztlich immer an einer Stelle, wo elektrischer Strom bisher sehr teuer zum Beispiel über Dieselgeneratoren erzeugt werden muss. Dort ist eine Kombination von erneuerbaren Energien und dezentral einsetzbarer Druckluftspeichertechnologie der einstelligen Megawattklasse definitiv interessant.