07.11.2024

Energiespeicherung: Test eines Kugelspeichers auf dem Meeresgrund

Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE hat einen Unterwasser-Energiespeicher entwickelt, der das Prinzip der Pumpspeicher-Kraftwerke auf den Meeresgrund überträgt. Nach erfolgreichem Feldtest mit einem kleineren Modell im Bodensee bereiten die Forschenden nun mit Partnern einen Testlauf vor der kalifornischen Küste vor: Sie werden dort im Projekt „StEnSea“ in 500 bis 600 Metern Tiefe eine hohle, 400 Tonnen schwere Betonkugel mit neun Metern Durchmesser verankern. Die Leistung dieses Prototyps beträgt 0,5 Megawatt, die Kapazität 0,4 Megawattstunden.

Das Fraunhofer IEE arbeitet bei diesem Projekt zum einen mit dem US-amerikanischen Start-up Sperra zusammen, das sich auf den 3D-Betondruck für Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien spezialisiert hat. Zweiter Partner ist Pleuger Industries. Das deutschstämmige Unternehmen mit Hauptsitz in Miami gehört zu den weltweit führenden Herstellern von Unterwasser-Motorpumpen, einer Schlüsselkomponente der StEnSea-Kugelspeicher. Der Speicher soll spätestens Ende 2026 in Betrieb gehen. Das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Vorhaben mit knapp 3,4 Millionen Euro, das US-amerikanische Department of Energy mit rund vier Millionen US-Dollar.

Die Betonkugel bekommt oben eine Öffnung, in den eine Unterwasser-Motorpumpe, auch Pumpturbine genannt, in einem Rohr eingelassen wird. Wird ein Ventil geöffnet, strömt Wasser durch das Rohr in die Kugel hinein. Die integrierte Pumpe läuft dabei rückwärts und arbeitet als Turbine. Das Wasser treibt den Motor an, sodass Strom erzeugt wird. Damit wird der Speicher entladen. Soll Energie gespeichert werden, pumpt die Motorpumpe das Wasser gegen den Druck des umgebenden Wassers wieder aus der Kugel. Anschließend kann der Zyklus erneut beginnen. Die Technik basiert auf einer Arbeit von Prof. Dr. Horst Schmidt-Böcking and Dr. Gerhard Luther aus dem Jahr 2011.

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. Geeignete Standorte in Meeren gibt es laut Fraunhofer IEE „mehr als genug“. Doch die Technologie eigne sich auch für tiefe natürliche oder künstliche Seen, beispielsweise für geflutete Tagebaue.

Das globale Speicherpotenzial dieser Technologie liegt nach Berechnungen der Fraunhofer-Forschenden bei insgesamt 817 000 Gigawattstunden. An den zehn besten europäischen Standorten sind es immer noch 166 000 Gigawattstunden. Zum Vergleich: Die Kapazität der bestehenden deutschen Pumpspeicher-Kraftwerke an Land beträgt gerade einmal knapp 40 Gigawattstunden. Die Speicherkosten setzen die Forschenden des Fraunhofer IEE mit rund 4,6 Cent pro Kilowattstunde an, die Investitionskosten mit 1354 Euro pro Kilowatt Leistung und 158 Euro pro Kilowattstunde Kapazität.