Energiespeicher: Große Druckluftspeicher locken Investorengelder an

Hydrostor bietet eine langlebige Alternative zu Netzspeichern aus Akkus, die zumindest in den 2020er Jahren wirtschaftlich ist.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 19. Januar 2022, 12:05 Uhr

Wärmespeicher vermindern die Energieverluste der Technik etwas. (Bild: Hydrostor)

Adiabatische Druckluftspeicher sollen Energie von Solarzellen für die Nacht speichern. Sie sollen weniger kosten als Akkus und kleiner als Pumpspeicherkraftwerke sein. Die kanadische Firma Hydrostor hat Aufträge für mehrere Gigawattstunden Speicherkapazität in den USA und Australien und zieht damit auch Investoren wie Goldman Sachs an, das 250 Millionen US-Dollar in das Unternehmen investiert. Die Kosten der komplexen Technik sollen dabei laut Unternehmensangaben dennoch niedriger als bei Batteriespeichern liegen. Aber die Kosten von Batteriespeichern sinken schnell und sie bieten überlegene Effizienz.

Hydrostor hat Verträge zum Bau von Netzspeichern in Größenordnungen von 1,6 bis 3,2 GWh in den USA und Australien. Der Speicherbedarf ist dort wegen des hohen Solarenergieanteils besonders groß. Nach Sonnenuntergang muss der Energiebedarf für den Rest des Tages aus Speichern oder anderen Kraftwerken gedeckt werden. Gleichzeitig müssen derzeit viele Zellen während der Mittagszeit wegen eines zu hohen Angebots vom Netz getrennt werden. Die Speicher sollen diesen Strom speichern und später teurer wieder abgeben.

Anders als bei Speichern zur reinen Netzstabilisierung, für die oft Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt werden, ist die maximale Leistung relativ gering im Vergleich zur Speicherkapazität. Die Druckluftspeicher sollen Strom für sechs bis acht Stunden vorhalten können und nicht nur kurzfristige Schwankungen ausgleichen.

Eine Mischung aus Pump-, Wärme und Druckspeicher

Die Speicherung benötigt zunächst einen unterirdischen Druckluftspeicher. Während unter Umständen auch vorhandene Stollen aus dem Bergbau genutzt werden könnten, besteht das normale Vorgehen darin, am Ende eines etwa 600 m tiefen und 2,5 m großen Bohrlochs einen Stollen in solidem Gestein auszuhöhlen, der als Druckspeicher dient. Das Volumen beträgt etwa 170 Kubikmeter pro Megawattstunde, was dem Abbau von etwa 500 Tonnen Gestein entspricht.

Ein herkömmliches Pumpspeicherkraftwerk benötigt, je nach Höhenunterschied, etwa das zehnfache Volumen. Das besteht aber aus einfachen Becken an der Oberfläche und nicht aus extra ausgegrabenen unterirdischen Kammern. Reine thermische Speicher, wie etwa von Siemens Gamesa, benötigen lediglich rund 30 Tonnen Gestein pro Megawattstunde und können überall gebaut werden. Aber sie können nur rund 45 Prozent der gespeicherten Energie als Strom zurückgewinnen. Beim Hydrostor-Druckluftspeicher sollen es 60 Prozent sein, Batteriespeicher erreichen über 80 Prozent.

Das grundlegende Speicherprinzip besteht darin, Luft mit einem elektrischen Kompressor unter hohem Druck zu speichern und anschließend mit Hilfe einer einfachen Turbine wieder in Strom umzuwandeln. Um die Effizienz zu erreichen, laufen aber tatsächlich drei Prozesse gleichzeitig ab. Durch das Komprimieren heizt sich die Luft auf. Diese Wärme wird oberirdisch in einem Wärmespeicher gespeichert. Außerdem ist der Druckspeicher mit Wasser gefüllt, das beim Beladen in ein Becken an der Oberfläche gedrückt wird.

Wasser und Wärmespeicher verringern Verluste

Zur Stromgewinnung läuft der Prozess rückwärts. Das oberirdische Wasser fließt zurück in den Druckspeicher. Statt wie in einer offenen Druckflasche ständig Druck zu verlieren, wird durch das verringerte Volumen der Luftdruck im Speicher konstant gehalten, was die Effizienz der Turbine verbessert.

Außerdem kühlt sich die Luft beim Entspannen, also Dekomprimieren, ab. Dabei verliert die Luft an Druck, was die Stromerzeugung der Turbine vermindern würde. Dieser Temperaturverlust wird durch Wärme aus dem Speicher von der Kompression ausgeglichen. Ein ähnlicher, viel älterer Druckluftspeicher in Deutschland verbrennt Erdgas zu diesem Zweck.

Der Aufwand ist beträchtlich. Dennoch stellt die Technik zumindest für die nächsten Jahre eine attraktive Alternative zur täglichen Stromspeicherung ohne Batteriespeicher dar.