{"id":103136,"date":"2024-11-09T02:14:00","date_gmt":"2024-11-09T01:14:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=103136"},"modified":"2024-11-09T13:16:00","modified_gmt":"2024-11-09T12:16:00","slug":"fraunhofer-iee-testet-kugelspeicher-auf-dem-meeresgrund","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/fraunhofer-iee-testet-kugelspeicher-auf-dem-meeresgrund\/","title":{"rendered":"Fraunhofer IEE testet Kugelspeicher auf dem Meeresgrund"},"content":{"rendered":"\n

Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE hat einen Unterwasser-Energiespeicher entwickelt, der das Prinzip der Pumpspeicher-Kraftwerke auf den Meeresgrund \u00fcbertr\u00e4gt. <\/p>\n\n\n\n

Nach erfolgreichem Feldtest mit einem kleineren Modell im Bodensee bereiten die Forschenden nun mit Partnern einen Testlauf vor der kalifornischen K\u00fcste vor: Sie werden dort im Projekt \u201eStEnSea\u201c in 500 bis 600 Metern Tiefe eine hohle, 400 Tonnen schwere Betonkugel mit neun Metern Durchmesser verankern. Durch Leerpumpen wird der Speicher geladen. Str\u00f6mt Wasser hinein, wird Strom erzeugt \u2013 er wird entladen. Die Leistung dieses Prototypen betr\u00e4gt 0,5 Megawatt, die Kapazit\u00e4t 0,4 Megawattstunden.<\/p>\n\n\n\n

\u201eF\u00fcr das Speichern von Strom \u00fcber mehrere Stunden bis einige Tage hinweg eignen sich Pumpspeicher-Kraftwerke besonders gut. Allerdings ist deren Ausbaupotenzial weltweit stark begrenzt. Daher \u00fcbertragen wir ihr Funktionsprinzip auf den Meeresgrund \u2013 die naturr\u00e4umlichen und \u00f6kologischen Restriktionen sind dort weit geringer. Zudem d\u00fcrfte die Akzeptanz der B\u00fcrgerinnen und B\u00fcrger deutlich h\u00f6her sein\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Bernhard Ernst, Senior Projekt Manager beim Fraunhofer IEE.<\/p>\n\n\n\n

Das Fraunhofer IEE arbeitet bei diesem Projekt zum einen mit dem US-amerikanischen Start-up Sperra zusammen, das sich auf den 3D-Betondruck f\u00fcr Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien spezialisiert hat. Zweiter Partner ist Pleuger Industries. Das deutschst\u00e4mmige Unternehmen mit Hauptsitz in Miami geh\u00f6rt zu den weltweit f\u00fchrenden Herstellern von Unterwasser-Motorpumpen, einer Schl\u00fcsselkomponente der StEnSea-Kugelspeicher.<\/p>\n\n\n\n

Als Standort des Speichers haben die Partner ein k\u00fcstennahes Gebiet vor Long Beach bei Los Angeles ausgew\u00e4hlt. Sie wollen ihn sp\u00e4testens Ende 2026 in Betrieb nehmen. Das deutsche Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Klimaschutz f\u00f6rdert das Vorhaben mit knapp 3,4 Millionen Euro, das US-amerikanische Department of Energy mit rund vier Millionen US-Dollar.<\/p>\n\n\n\n

Erfolgreicher Feldtest im Bodensee<\/h4>\n\n\n
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\u00a9 Fraunhofer IEE | Laden: Mithilfe einer elektrisch angetriebenen Pumpturbine wird das Wasser aus der Kugel herausgepumpt | Entladen: Das Wasser str\u00f6mt zur\u00fcck in die leere Kugel, wodurch die Pumpturbine r\u00fcckw\u00e4rtslaufend als Turbine betrieben wird und \u00fcber einen Generator Strom erzeugt.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Sperra wird die Betonkugel in Long Beach im 3D-Druckverfahren, wom\u00f6glich in Kombination mit dem klassischen Betonbau, herstellen. Sie bekommt oben eine \u00d6ffnung, in den eine Unterwasser-Motorpumpe, auch Pumpturbine genannt, in einem Rohr eingelassen wird.<\/p>\n\n\n\n

Wird ein Ventil ge\u00f6ffnet, str\u00f6mt Wasser durch das Rohr in die Kugel hinein. Die integrierte Pumpe l\u00e4uft dabei r\u00fcckw\u00e4rts und arbeitet als Turbine. Das Wasser treibt den Motor an, so dass Strom erzeugt wird. Damit wird der Speicher entladen. Die Technik basiert auf einer Arbeit von Prof. Dr. Horst Schmidt-B\u00f6cking and Dr. Gerhard Luther aus dem Jahr 2011. Ein Unterwasserkabel schafft dabei die Verbindung zum Stromnetz an Land oder zu einer schwimmenden Transformator-Station eines Offshore-Windparks. Soll Energie gespeichert werden, pumpt die Motorpumpe das Wasser gegen den Druck des umgebenden Wassers wieder aus der Kugel. Anschlie\u00dfend kann der Zyklus erneut beginnen.<\/p>\n\n\n\n

In einem Feldversuch mit einer Drei-Meter-Kugel im Bodensee haben Forschende des Fraunhofer IEE zusammen mit Partnern bereits nachgewiesen, dass dieses Konzept gut funktioniert.<\/p>\n\n\n\n

Wassertiefen von 600 bis 800 Metern sind ideal<\/h4>\n\n\n\n

Kapazit\u00e4t und Leistung der Kugelspeicher h\u00e4ngen vor allem von zwei Faktoren ab: vom Volumen der Kugeln sowie von der Wassers\u00e4ule, die auf ihnen lastet. Die Fachleute des Fraunhofer IEE haben errechnet, dass Wassertiefen von 600 bis 800 Metern aus wirtschaftlicher Perspektive ideale Standorte sind. Denn dort stehen Parameter wie der Druck, das n\u00f6tige Kugelgewicht und die erforderliche Wandst\u00e4rke in optimalem Verh\u00e4ltnis zueinander. Zudem kann man in dieser Tiefe noch konventionelle Unterwasser-Motorpumpen einsetzen. Auch ist es hier nicht n\u00f6tig, hochfesten Spezialbeton zu verwenden.<\/p>\n\n\n\n

M\u00f6gliche Standorte f\u00fcr StEnSea-Kugelspeicher in dieser Wassertiefe gibt es mehr als genug, wie eine GIS-Analyse der k\u00fcstennahen Meeresgebiete zeigt. Dabei haben die Fachleute des Fraunhofer IEE Parameter wie die Bodenneigung, Str\u00f6mung, Sedimentverschiebung oder die Entfernung zum Land ber\u00fccksichtigt. Vor Norwegen zum Beispiel, Portugal, der US-amerikanischen West- und Ostk\u00fcste, Brasilien oder Japan k\u00f6nnten die Kugelspeicher in gro\u00dfer Zahl installiert werden. Ebenso eignet sich die Technologie f\u00fcr tiefe nat\u00fcrliche oder k\u00fcnstliche Seen, beispielsweise f\u00fcr geflutete Tagebaue.<\/p>\n\n\n\n

Riesiges weltweites Potenzial<\/h4>\n\n\n
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\u00a9 sperra | Installation im tiefen Wasser zusammen mit schwimmenden Windkraftanlagen<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Das globale Speicherpotenzial dieser Technologie liegt nach Berechnungen der Fraunhofer-Forschenden bei insgesamt 817.000 Gigawattstunden. An den zehn besten europ\u00e4ischen Standorten sind es immer noch 166.000 Gigawattstunden. Zum Vergleich: Die Kapazit\u00e4t der bestehenden deutschen Pumpspeicher-Kraftwerke an Land betr\u00e4gt gerade einmal knapp 40 Gigawattstunden.<\/p>\n\n\n\n

Die Speicherkosten setzen die Forschenden des Fraunhofer IEE mit rund 4,6 Cent pro Kilowattstunde an, die Investitionskosten mit 1.354 Euro pro Kilowatt Leistung und 158 Euro pro Kilowattstunde Kapazit\u00e4t. Die Lebensdauer der Betonkugel liegt bei 50 bis60 Jahren. Nach jeweils 20 Jahren m\u00fcssten Pumpturbine und Generator getauscht werden. Die Effizienz liegt bezogen auf einen ganzen Speicherzyklus mit 75 bis 80 Prozent etwas niedriger als bei einem klassischen Pumpspeicher-Kraftwerk. Diese Rechnung basiert auf einem Speicherpark mit sechs Kugeln, einer Gesamtleistung von 30 Megawatt und einer Kapazit\u00e4t von 120 Megawattstunden sowie 520 Speicherzyklen pro Jahr.<\/p>\n\n\n\n

Die StEnSea-Kugelspeicher eignen sich vor allem f\u00fcr zwei Gesch\u00e4ftsmodelle: zum einen f\u00fcr Arbitrage-Gesch\u00e4fts, also den Kauf von Strom bei niedrigen und den Verkauf bei hohen B\u00f6rsenpreisen \u2013 und zum anderen f\u00fcr die Bereitstellung von Regelreserve, mit der Netzbetreiber die Stromnetze stabilisieren.<\/p>\n\n\n\n

\u201eTestlauf ist gro\u00dfer Schritt zur Skalierung der Technologie\u201c<\/h4>\n\n\n\n

Nach dem erfolgreichen Test im Bodensee wollen die Fachleute nun mit dem neuen Projekt den Einsatz in gro\u00dfer Wassertiefe unter Offshore-Bedingungen testen. Das Ziel es, alle Arbeitsschritte entlang der Herstellung, der Installation, dem Betrieb und der Wartung im Hinblick auf die angestrebte Gr\u00f6\u00dfe der Kugel \u2013 ein Durchmesser von 30 Metern \u2013 zu untersuchen und zu bewerten. So wollen sie \u00fcberpr\u00fcfen, ob und wie sich die in diesem Projekt gefundenen L\u00f6sungen auf eine 30-Meter-Kugel \u00fcbertragen lassen.<\/p>\n\n\n\n

\u201eMit der globalen Energiewende wird der Speicherbedarf in den n\u00e4chsten Jahren enorm zunehmen\u201c, sagt Bernhard Ernst vom Fraunhofer IEE. \u201eMit dem StEnSea-Kugelspeicher haben wir eine kosteng\u00fcnstige Technologie entwickelt, die sich vor allem f\u00fcr das Speichern \u00fcber kurze bis mittlere Zeitr\u00e4ume bestens eignet. Mit dem Testlauf vor der US-K\u00fcste machen wir einen gro\u00dfen Schritt zur Skalierung und Kommerzialisierung dieses Speicherkonzeptes.\u201c<\/p>\n\n\n\n