Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/brine4power-ewe-will-strom-unter-der-erde-speichern-1807-135362.html    Veröffentlicht: 13.07.2018 12:04    Kurz-URL: https://glm.io/135362

Brine4Power

EWE will Strom unter der Erde speichern

Wohin mit dem Strom, wenn der Wind ordentlich bläst, aber das Netz keine elektrische Energie braucht? Überall auf der Welt werden Speicher entwickelt und getestet. Der größte Speicher für Windstrom und Solarstrom soll in einigen Jahren in unterirdischen Hohlräumen in Norddeutschland entstehen.

Wer in Norddeutschland unterwegs ist, kennt den Anblick: Majestätische Propeller auf hohen Türmen, die sich im Wind drehen. Oft genug aber stehen sie trotz einer ordentlichen Brise still - sie können keinen Strom ins Netz speisen, weil dieses sonst überlastet würde. Statt Strom zu produzieren, stehen sie nutzlos in der Landschaft. Der Oldenburger Energieversorger EWE will das ändern: Er will elektrische Energie in einigen Jahren unter der Erde speichern.

Das Unternehmen will in zwei riesigen Hohlräumen in Salzstöcken in Ostfriesland einen Batteriespeicher einrichten. Er soll ab 2025 Strom aus Windrädern in chemischen Verbindungen speichern und wieder bereitstellen, wenn Strom aus erneuerbaren Quellen nicht zur Verfügung steht, nachts etwa oder bei Flaute. Seine Speicherkapazität wird ausreichen, um 75.000 Haushalte einen ganzen Tag lang mit Strom zu versorgen.

Der Speicher basiert auf der Redox-Flow-Technik. Der besteht aus zwei Speicherbehältern und elektrochemischen Zellen, Stacks genannt. In den Speicherbehältern befindet sich jeweils eine Salzlösung - daher kommt der Name für das Projekt Brine4Power (B4P): Brine ist das englische Wort für Lake oder Salzlauge. In dem Salzwasser sind Polymere gelöst.

Die beiden Salzlaken bilden Anolyt und Katholyt, die Speicherflüssigkeiten, die Elektronen binden und abgeben können. In den Stacks sind die beiden Flüssigkeiten getrennt durch eine Membran, die aber für Ionen durchlässig ist. Wird Spannung angelegt, geben die Polymere des Katholyts Elektronen ab, die durch einen elektrischen Anschluss zum Anolyt wandern und sich dort an die Polymere des Anolyts anlagern.

Soll der Akku Strom bereitstellen, wird der Anolyt in die Stacks gepumpt. Die Polymere geben Elektronen ab, die dann als Strom ins Netz gespeist werden. Das Katholyt schließlich nimmt wieder Elektronen auf. Um einen neutralen Ladungszustand zu erreichen, wandern Ionen durch die Membran vom Katholyt zum Anolyt und umgekehrt.

Die Abgabe der Elektronen ist eine Oxidation, die Elektronenaufnahme eine Reduktion. Damit der Prozess weiterlaufen kann, werden die Flüssigkeiten permanent aus der Zelle in die Speicherräume gepumpt und ersetzt, sie sind also ständig im Fluss, englisch: Flow. So kommt die Bezeichnung für diesen Akkutyp zustande.

Der Speicher wird im Salzstock angelegt

Um die große Kapazität zu ermöglichen, müssen die Speicher für Anolyt und Katholyt sehr groß sein. EWE will die Flüssigkeiten in riesigen Kavernen unter der Erde lagern. Diese Hohlräume werden in Salzstöcken angelegt. Dazu wird eine Bohrung abgeteuft, durch die Meerwasser in den Salzstock geleitet wird. Das Wasser löst das Salz, und es entsteht ein Hohlraum - ein riesiger Hohlraum: In der Höhe passte der Eiffelturm beinahe hinein, vom Durchmesser her der Arc de Triomphe, erzählt B4P-Projektkoordinator Alrik Hervieu im Gespräch mit Golem.de. In Zahlen: 300 Meter hoch, 40 Meter im Durchmesser, ein Fassungsvermögen von 600.000 Kubikmetern.

Die Technik ist nicht neu: EWE habe bereits 38 solcher Kavernen in 1.000 Metern Tiefe unter Ostfriesland ausgespült, sagt Hervieu. Darin speichert der Energieversorger seit über 40 Jahren Erdgas. Neu ist die Anwendung als Speicher für Strom.

Polymere machen unabhängig

Der Stromspeicher wird aus zwei Kavernen bestehen: eine für den Anolyt und eine für den Katholyt. Deren Zusammensetzung ist ebenfalls neu: Salzlauge, in der Polymere aufgelöst sind. Praktisch ist, dass die Salzlösung nicht eigens erzeugt werden muss. Das Wasser sättigt sich selbst im Salzstock mit Salz.

Die Technik mit den Polymeren haben Forscher der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickelt und 2015 vorgestellt. Die Polymere in Anolyt und Katholyt sind unterschiedlich: Die im Katholyt binden Elektronen stärker als die im Anolyt. In anderen Projekten testen Forscher die Leuchtfarbe Bor-Dipyrromethen, kurz Bodipy, oder ein Molekül mit einer ähnlichen Struktur wie das Vitamin B als Elektrolyt.

Normalerweise werden Redox-Flow-Akkus aber mit in Schwefelsäure gelösten Schwermetallsalzen wie Vanadium betrieben. Schwefelsäure ist jedoch sehr aggressiv und auch nicht sehr umweltschonend - anders als Salzwasser. Es geht EWE aber nicht nur darum, umweltfreundlich zu sein. Das Unternehmen will nicht von Rohstoffen wie Vanadium oder Elementen der Seltenen Erden abhängig sein, die mit der Zeit teurer werden.

"Wir bauen aber nicht nur groß, sondern auch günstig", sagt Hervieu. "Das geht nicht mit Vanadium." Die Polymere hingegen lassen sich künstlich in große Mengen herstellen. "Wir glauben, dass in der Zukunft Polymere oder generell aktive organische Materialien viel günstiger sein werden als Vanadium."

In diesem Jahr will EWE einen ersten herkömmlichen Redox-Flow-Akku in Betrieb nehmen. Er wird eine Leistung von 5 Kilowatt und eine Speicherkapazität von 45 Kilowattstunden haben. Über Tage wird er jedoch aufgebaut und mit Vanadium-basierten Elektrolyten betrieben. Damit will EWE den Betrieb testen.

Der erste Prototyp mit organischen Elektrolyten soll Ende kommenden Jahres in Betrieb gehen. Er wird schon deutlich größer sein, mit einer Leistung von 100 Kilowatt und einer Kapazität von 500 Kilowattstunden. Auch er wird über Tage gebaut, wie der darauf folgende Prototyp, der 2021 fertig werden soll.

EWE wird in einem Salzbergwerk testen

Bis 2023 will EWE den ersten unterirdischen Speicher bauen, in einem Salzbergwerk. Geplant war, in dem Jahr bereits den Speicher in der Kaverne in Betrieb zu nehmen. "Im Laufe des Projekts ist uns klargeworden, dass es leichter ist, in kleinem Maßstab unter Tage zu testen", begründet Hervieu. Der große Speicher in der Kaverne unter Ostfriesland mit einer Leistung von 120 Megawatt und einer Kapazität von 700 Megawattstunden wird dann 2025 fertig.

"Wenn alles funktioniert, kann dies den Speichermarkt beziehungsweise den Markt für Regelenergie grundlegend verändern. So ist die Strommenge, die ein Speicher dieser Art beinhaltet, - der aus zwei mittelgroßen Kavernen besteht - ausreichend, um eine Millionenmetropole wie Berlin für eine Stunde mit Strom zu versorgen. Damit würden wir die größte Batterie der Welt bauen", sagte Peter Schmidt, Geschäftsführer von EWE Gasspeicher, bei der Ankündigung des Projekts im vergangenen Jahr.

Verschiedene Speicherkonzepte

Bis Mitte des Jahrhunderts sollen nach dem Willen der Bundesregierung 80 Prozent unseres Strombedarfs aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden. Dazu bedarf es aber Speicher wie der von EWE geplanten. Der Energieversorger entwickle deshalb Lösungen, um erneuerbare Energien flexibel zu integrieren, sagt Hervieu.

Die Speicher müssen dabei in der Lage sein, schnell Strom zur Verfügung zu stellen. Eine bisher bewährte Technik sind Pumpspeicherkraftwerke: Steht Strom zur Verfügung, wird Wasser in ein höhergelegenes Reservoir gepumpt. Wird Strom benötigt, wird das Wehr geöffnet, das Wasser stömt zu Tal und treibt eine Turbine an. Das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel testet seit 2016 eine abgewandelte Form eines Pumpspeichers auf dem Grund des Bodensees.

Einen Redox-Flow-Netzspeicher hat vor einigen Monaten das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal bei Karlsruhe in Betrieb genommen. Er soll den Strom von einem Windrad und mehreren Solarmodulen speichern. So soll sich der Ort selbst mit Strom versorgen können. Der Speicher enthält 650.000 Liter Vanadium-basierte Elektrolyte. Er hat eine Kapazität von 20 Megawattstunden und ist damit aktuell der größte Stromspeicher Deutschlands.

Ein Redox-Flow-Akku soll 25 Jahre halten

Ein Redox-Flow-Akku hat gegenüber einem Lithium-Ionen-Akku einige Vorteile: So kann er die elektrische Energie über einen längeren Zeitraum ohne große Verluste speichern. Außerdem schafft dieser Akkutyp mehr Ladezyklen: Mehr als 15.000 seien theoretisch möglich, sagt Hervieu. Angestrebt seien sogar 20.000 Zyklen. Das bedeute, der Akku halte, wenn er zwei Mal pro Tag ge- und entladen werde, rund 27 Jahre. Ein Lithium-Ionen-Akku hält etwa 5.000 Ladezyklen.

Dennoch sind viele Netzspeicher konventionelle Lithium-Ionen-Akkus, wie sie auch in mobilen elektronischen Geräten oder in Elektroautos verbaut sind. Der US-Hersteller Tesla hat einige dieser Speicher aufgebaut, in Kalifornien beispielsweise oder auf der Pazifikinsel Ta'ū. Den ersten Speicher in Europa hat Tesla vor wenigen Wochen in Betrieb genommen.

Aufsehen erregt hat eine Anlage im Süden Australiens, die Tesla im vergangenen Jahr in wenigen Monaten errichtete . Es ist der größte Speicher dieser Art, und er half wenige Wochen nach der Fertigstellung bereits, nach einem Kraftwerksausfall die lokale Stromversorgung aufrechtzuhalten.

Es gibt aber auch andere Techniken, elektrische Energie zu speichern: In Cuxhaven, wo etwa die Hälfte der Jahresenergieleistung mit Windkraft, Sonnenenergie und Biogas gedeckt wird, werden Kühlhäuser als Energiespeicher eingesetzt: Steht viel Windstrom zur Verfügung, werden sie deutlich stärker als normal gekühlt. Das ermöglicht es, sie bei Flaute oder in Spitzenzeiten von der Stromzufuhr zu trennen. In den USA hat das US-Unternehmen Beacon Power vor einigen Jahren einen Schwungradspeicher gebaut, in dem elektrische Energie kurzzeitig in Form von kinetischer Energie gespeichert werden kann.  (wp)


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