Erste Tests: In Zukunft sollen Hohlkugeln auf dem Meeresgrund Energie speichern

Sonnen- und Windenergie sind zwei wichtige Säulen der Energiewende. Das Problem bei diesen Energiearten ist allerdings, dass sie unregelmäßig Energie produzieren. So müssen an wind- sowie sonnenreichen Tagen oft Anlagen abgeschaltet werden, um das Stromnetz nicht zu überlasten. Andersrum steht an sonnen- und windarmen Tagen oft nicht genug Energie aus diesen Quellen zur Verfügung. Abhilfe schaffen sollen in Zukunft Energiespeicher. Eine besondere Art des Energiespeichers ist ein unterirdischer Hohlkugel-Pumpspeicher. Dieser wurde bereits erfolgreich im Bodensee getestet. Nun laufen Vorbereitungen für den ersten Test im Meer.

Energiespeicher unter Wasser

„Für das Speichern von Strom über mehrere Stunden bis einige Tage hinweg eignen sich Pumpspeicher-Kraftwerke besonders gut „, sagt Bernhard Ernst vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE über das Konzept hinter dem Hohlkugel-Speicher. Generell benötigen Pumpspeicher-Kraftwerke allerdings ein Wasserreservoir, weshalb sie viel Platz benötigen. Unterwasser-Pumpspeicher in Form großer Hohlkugeln in Seen oder vor der Küste im Meer umgehen diese Problematik.

Bei dieser Art von Pumpspeicher wird überschüssiger Strom genutzt, um die wassergefüllten Kugeln unter Wasser leer zu pumpen. Wenn dann das Ventil der Kugeln geöffnet wird, strömt wieder Wasser ein, das dabei eine Turbine antreibt. Diese erzeugt Strom – die gespeicherte Energie wird so wieder abgerufen. 2016 wurde das Prinzip bereits erfolgreich mit Drei-Meter-Hohlkugeln auf dem Grund des Bodensees erprobt.

Test im offenen Meer

Nun will man einen Schritt weiter gehen und plant einen Testlauf des Hohlkugel-Pumpspeichers vor der Küste Kaliforniens. Das internationale Projekt hört auf den Namen StEnSea und plant, eine neun Meter große und etwa 400 Tonnen schwere Beton-Hohlkugel in einem 3D-Druck-Verfahren herzustellen. Dies wird von einem US-Startup namens Sperra erledigt werden. An der Oberseite dieser Kugel soll dann eine Unterwasser-Motorpumpe mit einem Rohr angebracht werden. Diese Motorpumpe soll dann sowohl als Pumpe, Turbine und Ventil fungieren.

Der Kugelspeicher soll schließlich in einer Tiefe von 500 bis 600 Metern vor der Küste von Long Beach im Pazifik versenkt und auf dem Meeresgrund fixiert werden. Diese Tiefe ist zumindest theoretisch ideal für das Verhältnis zwischen Wasserdruck, Gewicht der Kugel sowie ihrer Wandstärke. Der Prototyp soll spätestens Ende 2026 installiert werden und eine Leistung von 0,5 Megawatt und einer Kapazität von 0,4 Megawattstunden haben. Der Testlauf wird vom deutschen Wirtschaftsministerium in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium finanziert.

Massives globales Potenzial

Derartige Unterwasser-Kugelspeicher haben durchaus Potenzial. Das Projektteam hat errechnet, dass das weltweite Speicherpotenzial der Technologie bei etwa 817.000 Gigawattstunden liegt. Auf die zehn besten europäischen Standorte entfallen dabei etwa 166.000 Gigawattstunden. Die bestehenden deutschen Pumpspeicher-Kraftwerk an Land speichern derzeit etwa 40 Gigawattstunden.

Ernst rechnete mit seinem Team außerdem aus, wie günstig und effizient die Hohlkugel-Speichersystem sind. Als Beispiel fungierte dabei ein fiktiver Speicher mit sechs 30-Meter-Kugeln und einer Gesamtleistung von 30 Megawatt bei einer Kapazität von 120 Megawattstunden. In diesem Beispiel liegen die Speicherkosten bei etwa 4,6 Cent pro Kilowattstunden nach einer Investition von 1.354 Euro pro Kilowatt Leistung oder 158 Euro pro Kilowattstunde Kapazität. Die Effizienz dieses Speichers würde bei etwa 75 bis 80 Prozent liegen.

Eine Analyse von küstennahen Meeresgebieten kam zu dem Schluss, dass Gebiete vor Norwegen, der US-amerikanischen West- und Ostküste, Brasilien, Japan und Portugal besonders für derartige Speicher geeignet wären. Aber auch natürliche oder künstliche Seen kämen in Frage.

„Mit der globalen Energiewende wird der Speicherbedarf in den nächsten Jahren enorm zunehmen. Mit dem StEnSea-Kugelspeicher haben wir eine kostengünstige Technologie entwickelt, die sich vor allem für das Speichern über kurze bis mittlere Zeiträume bestens eignet. Mit dem Testlauf vor der US-Küste machen wir einen großen Schritt zur Skalierung und Kommerzialisierung dieses Speicherkonzeptes„, so Ernst.

via Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE