Adiabatische Druckluftspeicher: Technologie mit Potenzial

Die Stromproduktion wird volatiler. Der Grund dafür liegt im Wegfall von Kernkraftwerken und im Ausbau von Solar- und Windenergieanlagen. Neue Speichersysteme stellen dann Strom bereit, wenn er gebraucht wird.

Die adiabatische Druckluftspeicherung ist eine vielversprechende Technologie. Überschüssiger Strom aus Solar- und Windanlagen kann genutzt werden, um Umgebungsluft zu komprimieren, die dann in einem unterirdischen Hohlraum gespeichert wird. Expandiert man die komprimierte Luft wieder, treibt sie eine Turbine an und erzeugt Strom. Die während der Komprimierung entstehende Wärme kann genutzt werden, was die Effizienz auf 65 bis 75 % erhöht. Verglichen mit Pumpspeichern (75 bis 85 %) liegt diese Effizienz in einem etwa vergleichbaren Rahmen. Auch bezüglich Umweltverträglichkeit sind Druckluftspeicher gemessen am Treibhausgaspotenzial und Ökosystembeeinträchtigungen vergleichbar mit Pumpspeichern.

Druckluftspeicher sind technisch realisierbar. Turbomaschinen und Wärmespeicher sind entweder auf dem Markt erhältlich oder wurden bereits in Pilotanlagen erprobt. Durch die Erfahrungen im Tunnel- und Kavernenbau ist der Bau von Hohlräumen zudem ausgereift. Adiabatische Druckluftspeicher bieten sich also an als effiziente, umweltverträgliche und technisch machbare Speicherlösung. Ihre Wirtschaftlichkeit muss sich allerdings noch erweisen. Hohe Kapitalkosten sowie unklare wirtschaftliche und rechtlich Rahmenbedingungen müssen dazu erst noch geklärt werden. Diese Ungewissheit erschwert auch die Finanzierung einer Demonstrationsanlage.

Viel diskutierte Energiespeicher

Energiespeicherung ist im Zusammenhang mit der Energiestrategie 2050 ein viel diskutiertes Thema. Aufgrund ihrer Effizienz, der technischen Machbarkeit und umweltverträglichen Technologie sollten Druckluftspeicher jedoch eine grössere Beachtung finden.

Druckluft- und Pumpspeicher sind weniger effizient als Lithium-Ionen-Batterien, deren Effizienz mit etwa 90 % angegeben wird. Die Lebensdauer dieser Systeme sprechen im Vergleich allerdings eine deutliche Sprache. Sie haben eine bedeutend längere Lebensdauer, die, anders als bei Lithium-Ionen-Batterien, nicht von der Entladetiefe abhängen.

NFP_Druckluftspeicher_Effizienz

Grafische Übersicht vergleichender Daten zu Druckluftspeichern, Pumpspeichern und Lithium-Ionen-Batterien.


Hohe Investitionskosten und (noch) unklare rechtliche und wirtschaftliche Rahmenbedingungen sind die grössten Herausforderungen für die Finanzierung einer Demonstrationsanlage. 

Gewichtige Vorteile

Gemessen, beispielsweise am Ausstoss von Treibhausgasen, sind Druckluftspeicher ähnlich umweltverträglich wie Pumpspeicher. Gegenüber Pumpspeichern bieten Druckluftspeicher jedoch den wichtigen Vorteil, dass sie völlig unterirdisch gebaut werden können. Es müssen keine Bergtäler überflutet werden. Daher dürfte man anzunehmen, dass der Bau von Druckluftspeichern weniger Widerstand auslösen wird als der Bau oder Ausbau von Pumpspeichern. Druckluftspeicher könnten in der Schweiz grosse Mengen elektrischer Energie speichern und eine interessante Speicheralternative bieten. Auch die einheimische Wirtschaft könnte profitieren, da der Bau und die Zulieferung Arbeitsplätze in der Schweiz bietet.

Unklare Wirtschaftlichkeit

Gemäss Berechnungen könnten Druckluftspeicher unter idealen Bedingungen im Schweizer Sekundärregelmarkt rentabel sein. Ob dies auch unter realistischen Bedingungen so sein wird, muss weiter abgeklärt werden. Falls die Rentabilität bestätigt wird, müsste allerdings erst noch ein Energieversorger einen grossen Druckluftspeicher bauen. Das hohe Investitionsrisiko beruht auf zwei Faktoren: Der Abschreibezeitraum für die Investitionskosten müssten über einen längeren Zeitraum erfolgen. Auch ist unklar, ob sich die rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Energiespeicherung während dieses Zeitraums verändern.

Auch andere Speichertechnologien kämpfen um Rentabilität. Die Voraussetzungen der Energiemärkte sind nicht auf die technischen Eigenschaften von Energiespeichern zugeschnitten. Die Teilnahme am Regelleistungsmarkt bedingt z.B. Mindestdauern und konstante Leistungen. Konstante Leistungen zu erbringen, kann für Druckluftspeicher eine Herausforderung darstellen, die aktuell näher untersucht wird.

Geeignete Anreize setzen

Auch andere Länder bekunden grundsätzlich Mühe mit der Verbreitung von Speichern. In Deutschland werden beispielsweise Betreiber von Wind- und Solarenergieanlagen entschädigt, wenn sie die Produktion drosseln, falls Netzüberlastung besteht. Dadurch entstehen falsche Anreize. Aus diesem Grund gibt es für die Betreiber von Wind- und Solarenergieanlagen wenig Anlass, in Energiespeicher zu investieren, um ihre Produktion zeitlich zu glätten.


Nationale Forschungsprogramme 70 und 71 (Web)

Betonblöcke als Energiespeicher (Blog)

200 Jahre alte Erfindung für die Energiezukunft (Blog)

Wasserkraft versus Batterien? Speicherpotenzial der Wasserkraft (Artikel, bulletin.ch)

Energiespeicher in der Forschung, Erforschung neuer Technologien in der Schweiz (Artikel, bulletin.ch)

 

Veranstaltungshinweise

 

Text- und Bildquelle: Nationale Forschungsprogramme (NFP)
Headerbild: Pixabay

 

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