KompEx LTA-CAES® modular: Druckluftspeicher für den ortsunabhängigen Einsatz

Entwicklung einer neuen Anlagentechnologie, um Strom mit Druckluft nachhaltig zu speichern

© Fraunhofer UMSICHT

KompEx-Turbomaschine

Darstellung der konstruktiven Ausführung und der Durchströmung der KompEx-Turbomaschine.

© Fraunhofer UMSICHT

Turbomaschinenentwicklung

Aufbau eines Teststands zur Untersuchung kleiner, sich schnell drehender Turbomaschinen.

Projektziel: Druckluftspeicher flexibler und nachhaltiger gestalten

Eine neuartige Technologie soll den Einsatz von Druckluftenergiespeichern künftig günstiger, flexibler und nachhaltiger gestalten. Im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens »KompEx LTA-CAES® modular« entwickeln Fraunhofer UMSICHT und BOGE KOMPRESSOREN dafür eine Anlagentechnik, die es durch modularen Aufbau und die Kombination von Turbo- und Kolbenmaschinen ermöglicht, Druckluftenergiespeicher ortsunabhängig einzusetzen. Die Besonderheit: Bei diesem Niedertemperatur-Druckluftenergiespeicher kommt für die Ein- und Ausspeicherung der Energie ein und derselbe Maschinensatz zum Einsatz. Im Vergleich zu herkömmlichen Druckluftenergiespeichern mit getrennten Maschinensätzen kann dadurch auf einen kompletten Maschinenstrang verzichtet werden.

Fraunhofer UMSICHT entwickelt die hierfür benötigten umkehrbaren Turbomaschinen und ist für die Gesamtkonzeption, die wirtschaftliche Bewertung und die Optimierung der gesamten Anlage zuständig. Der Bielefelder Systemhersteller für Druckluftlösungen BOGE entwickelt und erprobt parallel dazu die umkehrbaren Kolbenmaschinen. Das Projekt schafft die Basis für eine nachhaltige Speicherung von elektrischem Strom aus erneuerbaren Energien.

Projektnutzen: Energie in Druckluft speichern

Im Zuge der Energiewende erfordert der Übergang von fossilen Brennstoffen zu regenerativen Energieträgern neue Konzepte für Stromspeicher, um fluktuierende Wind- und Solarstromeinspeisung auszugleichen und größere Energiemengen über Tage und/oder Wochen zu verschieben.

Pumpspeicherkraftwerke sind in der Lage diese Aufgaben zu erfüllen, jedoch greifen die in der Regel großen Anlagen erheblich in das Landschaftsbild ein und benötigen für ihre Arbeit zwingend einen Höhenunterschied. Druckluftenergiespeicher hingegen können auch in flachen Gegenden eingesetzt werden. Im windigen Norddeutschland zum Beispiel können Druckluftenergiespeicher unter Verwendung von unterirdischen Speichervolumen – sogenannten Salzkavernen – mit geringem Flächenverbrauch und marginalen Umweltauswirkungen eingesetzt werden, um große Energiemengen zeitlich zu verschieben.

Turbine erzeugt Strom ohne fossile Energie

Druckluftenergiespeicher speichern den elektrischen Strom in Form von komprimierter Luft und erzeugen aus dieser Druckluft im Bedarfsfall wieder elektrischen Strom. Beim Einspeichern bzw. Aufladen fördert ein Kompressor (Verdichter) Luft aus der Atmosphäre in den Speicher. Beim Ausspeichern bzw. Entladen wird diese Druckluft dann verwendet, um eine Turbine mit angeschlossenem Generator anzutreiben und wieder elektrische Energie zu erzeugen. Da sich Luft bei der Kompression stark erwärmt und bei der Ausdehnung (Expansion) wieder drastisch abkühlt, ist die neue Technologie so konzipiert, dass die anfallende Prozesswärme gespeichert und beim Expandieren wiederverwendet werden kann. Das untersuchte Anlagenkonzept ist hierdurch im Vergleich zu manch anderen Druckluftenergiespeichern nicht auf die Zufeuerung fossiler Energieträger angewiesen. Das steigert die Effizienz und vermeidet Emissionen.

Ortsunabhängiger Einsatz des Druckluftspeichers möglich

Das in diesem Projekt entwickelte Anlagenlayout wird durch die Kopplung von Turbo- und Kolbenmaschinen in der Lage sein, neben Salzkavernen auch alternative Speichervolumen wie Röhrenspeicher zu nutzen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckluftenergiespeichern kann die Anlage auf diese Weise auch ortsunabhängig zum Einsatz kommen. Durch den modularen Anlagenaufbau sind zudem deutlich kleinere Anlagen realisierbar als bisher, wodurch neue Anwendungsfelder erschlossen werden können. Zum Beispiel, um Strom in behind-the-meter Anwendungen in der Industrie zu speichern oder um international die Dieselstromverdrängung mit erneuerbaren Energien in Offgrid-Systemen zu unterstützen.

Projektpartner

BOGE KOMPRESSOREN Otto Boge GmbH & Co. KG