Die Weichen für Druckluftspeicher müssen jetzt gestellt werden

Ingenieure der Ruhr-Universität und des Fraunhofer-Instituts UMSICHT optimieren Druckluftspeicherkraftwerke (CAES). Das Ziel besteht darin, auf Basis dynamischer Modellierung und Simulation neuartige Auslegungsmethoden speziell für adiabate CAES zu entwickeln.

Das Prinzip ist einfach: In einem Druckluftspeicherkraftwerk (Compressed Air Energy Storage, CAES) treibt überschüssiger Strom ein Kompressor an, der Luft mit hohem Druck in einen dichten Behälter presst, beispielsweise eine Salzkaverne. Wird Strom benötigt, treibt die komprimierte Luft eine Turbinen an, die Strom erzeugt.

Will man die Energie effektiv speichern, so müssen adiabate Speicher verwendet werden. Sie speichern die Wärme der Luft, die beim Zusammenpressen entsteht, und nutzen sie für die spätere Erwärmung der ausströmenden Luft. Die Forscher der Ruhr Universität  schicken dazu die heiße Luft durch einen Wärmespeicher, der ähnlich einer salzgefüllten Thermoskanne aufgebaut ist.

Auf diese Weise können größere Strommengen bis zu mehreren GWh zu vergleichsweise geringen Kosten bei Speicherwirkungsgraden von ca. 70 Prozent zwischengespeichert werden. Etwa die Hälfte der Energie der Druckluft steckt in der Wärme, die beim Komprimieren entsteht – um so wichtiger, sie nicht verpuffen zu lassen.

Einer großtechnischen Umsetzung von A-CAES stand bisher vor allem die Herausforderung im Wege, Kompressionswärme bei sehr hohen Drücken (bis 150 bar) und Temperaturen (bis 650 °C) zu speichern. Zudem sind umfangreiche Neuentwicklungen im Bereich des Hochdruckverdichters notwendig, um so hohe Austrittstemperaturen zu erreichen. Marktverfügbare Verdichter sind dafür nicht ausgelegt.

Dass eine alternative Umsetzung des adiabaten Anlagenkonzepts auch schon bei niedrigeren Prozesstemperaturen effizient gelingen kann, zeigen die Ergebnisse des Forschungsvorhabens.

Jetzt simulieren die Forscher den Betrieb unter realistischen Bedingungen und feilen an der optimalen Auslegung der Anlage, vor allem des Wärmespeichers. Zu berücksichtigen ist unter anderem die Luftfeuchtigkeit, die einerseits durch die Kondensierung im Wärmespeicher zu dessen Erwärmung beiträgt, andererseits aber auch schädlich für die Turbine sein kann. Außerdem muss man bei der Windenergienutzung damit rechnen, dass der Speicher mehrmals täglich be- und entladen wird. Trotzdem soll die Wärmeübertragung auf den Speicher und zurück auf die ausströmende Luft effizient funktionieren. Auch der Teillastbetrieb stellt besondere Herausforderungen an die Flexibilität der Anlage: Weder Be- noch Entladung des Kraftwerks würden immer auf vollen Touren laufen. Die Ingenieure konnten schon zeigen, dass die effiziente Energiespeicherung auch bei niedrigeren Lufttemperaturen gelingt als bisher angenommen. Mehr dazu können sie unter http://www.ruhr-uni-bochum.de/rubin/rubin-fruehjahr-11/index.html lesen.

Bis adiabate Druckluftspeicherkraftwerke in Betrieb gehen, würden sicherlich noch fünf bis zehn Jahre vergehen, meine die Forscher. Das sei aber für die Kraftwerksentwicklung ein kurzer Zeitraum. Nicht selten vergingen zwischen der Fertigstellung der Planung und der Inbetriebnahme eines Kraftwerks allein schon fünf Jahre. Für die technische Entwicklung von Druckluftspeicherkraftwerken müssten also in den nächsten Jahren wichtige Weichen gestellt werden.