Preiswürdiges Pumpspeicher-Projekt

Das Projekt Stensea – Stored Energy in the Sea ist mit dem German Renewables Award 2017 des Clusters Erneuerbare Energien Hamburg  ausgezeichnet worden. Eine hochkarätig besetzte Jury aus Vertretern der Wirtschaft und Wissenschaft hat Stensea in der Kategorie Projekt des Jahres ausgewählt.

Für das Stensea-Projektteam nahmen (v. r. n. l.): Mathias Puchta (Fraunhofer IWES), Dr. Julian Meyer (Hochtief), Jochen Bard, Daniel Hau, Christian Blum (alle Fraunhofer-IWES) den German Renewables Award entgegen. (Bild: EEHH)

„Im Projekt Stensea haben wir für ein Offshore-Pump-Speicher-Kraft­werk ein Funktions­modell im Modell­maßstab 1:10 entwickelt und erfolg­reich im Bodensee getestet. Die wirt­schaft­liche Anwen­dung für solche Speicher­systeme liegt in Meerestiefen von sechs- bis acht­hundert Metern. Mögliche Stand­orte liegen insbe­sondere vor den Küsten Europas, Japans und den USA. Das von uns ermit­telte Potential liegt bei rund dem tausend­fachen der heute weltweit instal­lierten Pump­speicher­leis­tung – das ist ein wichtiger Beitrag zur inter­natio­nalen Energie­wende“, erläutert Matthias Puchta, Projekt­leiter am Fraun­hofer-IWES in Kassel.

Die Erfindung von Horst Schmidt-Böcking (ehem. Goethe-Universität Frankfurt) und Gerhard Luther (Universität Saarbrücken) bildet die Basis für ein neuartiges Meeres-Pumpspeichersystem. „Auf dem Meeresboden installierte Pumpspeicherkraftwerke können in großen Wassertiefen den hohen Wasserdruck nutzen, um mit Hilfe von Hohlkörpern Stromenergie speichern zu können“, erläutert der emeritierte Physik-Professor Schmidt-Böcking. Damit ließen sich enorme Mengen durch Offshore-Windkraft erzeugten Stroms bereits vor Ort im Meer zwischenspeichern. In Küstennähe mit großen Meerestiefen könnten Offshore-Pumpspeicherkraftwerke auch zum Stromnetzausgleich an Land beitragen.

Beton­speicher­kugel im Modell­maß­stab 1:10 für Off­shore-Pump­spei­cher­kraft­werk (Bild: Hochtief)

Fachleute des Baukonzerns Hochtief erkannten die in dieser Idee verborgenen Möglich­keiten. Innerhalb weniger Wochen konnte mit Hochtief und den Meeres­energie- und Speicher­spezialisten des Kasseler Fraunhofer-Instituts ein Konsortium für eine erste Machbar­keits­studie gebildet werden.

Anschließend förderte das BMWi das Projekt Stensea zur Entwicklung und Erprobung dieses neu­artigen Pump­speicher­konzepts im Modell­maßstab. „Auf Basis der Vorstudie haben wir eine detail­lierte System­analyse mit Konstruk­tion, Bau- und Logistik­konzept des Druck­behälters durchge­führt, eine Pump-Turbinen-Einheit entwickelt, die Einbindung in das Strom­netz unter­sucht, Wirtschaft­lich­keits­berech­nungen durchge­führt und eine Roadmap für die tech­nische Umsetzung entwickelt“, fasst Projekt­leiter Matthias Puchta vom IWES die bisherigen erfolg­reichen Arbeiten zusammen.

Die Hochtief Engineering Consult IKS in Frankfurt hat für Fraun­hofer die Speicher­kugel des Modell­versuchs konstruiert und gebaut. Dafür hat das Unter­nehmen spezielle Schalungs­konzepte zur Fertigung des Beton­holkörpers und auch für die entsprechende Logistik entwickelt. „Die Heraus­forderung besteht vor allem darin, eine dreißig Meter große Kugel zu gießen. In diesem Maßstab wurde dies bisher noch nicht durchge­führt“, erklärt Stephan From­knecht von Hochtief Enginee­ring. Das nötige Gewicht und die Wand­stärke des Speicher­hohlkörpers wird durch den äußeren Wasser­druck und den Auftrieb im Wasser bestimmt. Um das Konzept ohne Veran­kerung am Meeres­boden realisieren zu können, muss die Betonkugel ein größeres Gewicht haben als der entsprechende Auftrieb, damit sie sicher unten auf dem Boden stehen bleibt und nicht aufschwimmt. Bei dem Modell­versuch im Bodensee in einer Wasser­tiefe von hundert Metern beträgt die Wand­dicke 25 Zenti­meter. „Die dreißig Meter große Kugel hat eine Wandstärke von zirka drei Metern und ist für eine Wasser­tiefe von sechs- bis acht­hundert Metern vorgesehen“, erklärt Fromknecht.

Test des Offshore-Pump­speicher­kraft­werks im Modell­maß­stab 1:10 im Boden­see (Bild: Fh.-IWES)

„Nach dem erfolgreichen Test im Bodensee soll in der nächsten Stufe eine dreimal so große Beton­kugel im Meer getestet werden, die dann zirka das fünfzig- bis hundert­fache an Energie speichern kann. Dazu müssen zunächst anhand der Ergeb­nisse vom Boden­see mögliche Stand­orte genauer bewertet werden, etwa in Süd­europa oder auch in Nor­wegen. Mit der Durch­führung eines solchen Tests im Meer ist in etwa drei bis fünf Jahren zu rechnen. Die Finan­zierung der weiteren Entwic­klung soll in Abstim­mung mit industri­ellen Partnern und den öffent­lichen Förderern aufgebracht werden“, erläutert Fraunhofer-Bereichs­leiter Jochen Bard, der sich derzeit für die Bildung eines neuen Projekt­konsor­tiums engagiert.

„Mit heutiger standardi­sierter und verfügbarer Technik sehen wir bei der Speicher­kapa­zität von 20 MWh pro Kugel eine welt­weite elektrische Gesamt­speicher­kapazität von fast 900 GWh. In zukünftigen Parks mit einer großen Anzahl solcher Anlagen ergeben sich vergleichs­weise niedrige Zyklus­kosten von voraus­sicht­lich 2,0 € Cent pro kWh. Damit ließen sich kosten­günstig wichtige Ausgleichs­beiträge für die schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne leisten“, stellt Bard fest. (Quelle: Fh.-IWES)

Link: StEnSEA – Stored Energy in the Sea, Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES, Institutsteil Energiesystemtechnik, Kassel

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