Energie Forscher testen Unterwasser-Betonkugeln als Stromspeicher

Die riesigen Betonkugeln sollen unter Wasser überschüssigen Strom speichern.

(Foto: Fraunhofer IWES | Energiesystemtechnik)

Die riesigen, im Wasser versenkten Batterien sollen schwankende Stromangebote ausgleichen. Ein erster Test im Bodensee war erfolgreich.

Von Angela Schmid

Am Meeresgrund liegt schon einiges, was der Mensch gebaut hat; Plastikteile oder Schiffswracks etwa. In Zukunft könnten noch lange Reihen riesiger Betonkugeln hinzukommen. Sie sollen dort unten überschüssigen Strom von Offshore-Windrädern speichern. Dass das Prinzip funktioniert, haben jetzt Forscher des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) gezeigt: Vier Wochen lang haben sie im Bodensee in 100 Metern Tiefe eine Betonkugel geprüft.

Was sich wie eine Vision von Jules Verne anhört, könnte in Zukunft dazu beitragen, das schwankende Stromangebot aus erneuerbaren Energien auszugleichen. Bisher können Überschüsse kaum gespeichert werden, was immer wieder dazu führt, dass das Netz den Strom nicht mehr abtransportieren kann. Die Betonkugeln würden ähnlich funktionieren wie ein Pumpspeicherkraftwerk, in dem Wasser erst emporgepumpt wird und beim Herabfließen Strom erzeugt. Anstelle eines Gefälles nutzen die Ingenieure den Wasserdruck: Zuerst wird Meerwasser aus der hohlen Kugel herausgepumpt. Wird Energie benötigt, strömt es durch eine Turbine zurück und erzeugt über einen Generator Strom, der per Kabelverbindung ans Festland fließt.

Eine Kugel könnte vier Stunden lang die volle Leistung eines Offshore-Windrads aufnehmen

Die Idee geht zurück auf Horst Schmidt-Böcking von der Universität Frankfurt und Gerhard Luther von der Universität Saarbrücken. Der Modellversuch der Fraunhofer-Forscher wurde vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Nach dem Test im Bodensee sind sie zuversichtlich: "Wir können bereits sicher sagen, dass sich mit dem Konzept Energie speichern lässt", erklärt IWES-Projektleiter Matthias Puchta. Wichtig war ihm, Details von Konstruktion, Bau und Wartung für das System zu untersuchen. Eine Herausforderung sei auch die Installation der Kugel gewesen, deren Sockel nicht zu schräg stehen darf.

Die Kugeln werden aufwändig im Wasser versenkt.

(Foto: Fraunhofer IWES | Energiesystemtechnik)

Die Pumpturbine, Elektronik und Sensorik funktionierten offenbar vier Wochen lang einwandfrei. Genau wie das Speichern und Entladen der drei Meter breiten Kugel. In einem langfristigen Pilotprojekt soll in ein paar Jahren eine Kugel von 30 Metern Durchmesser unter realen Bedingungen getestet werden. Puchta rechnet mit einem Wirkungsgrad von 75 bis 80 Prozent - vergleichbar mit einem konventionellen Pumpspeicher.

Optimal wäre eine Wassertiefe von 600 bis 800 Metern, da erst dann die Technik wirtschaftlich ist: Je tiefer, desto höher der Wasserdruck, desto größer auch die Speicherkapazität. Jenseits der 800-Meter-Grenze wiederum halten weder konventionelle Turbinen noch normaler Beton dem hohen Druck stand. Nach ersten Berechnungen können in 700 Metern Tiefe ungefähr 20 Megawattstunden Strom erzeugt werden. Damit könnte eine Kugel vier Stunden lang so viel Energie aufnehmen, wie ein Offshore-Windrad bei maximaler Leistung produziert. Zur Wartung könnte man womöglich die komplette Technik in einer Röhre unterbringen, die ein Unterwasserroboter bei Bedarf herausnehmen würde.

Ideal für die Speicherkugeln wäre laut Puchta der Meeresgraben vor der Südwestküste Norwegens; Potenzial sieht er auch in Spanien, den Vereinigten Staaten und Japan. Weil Nord- und Ostsee zu flach sind, macht ein Einsatz der Kugeln hierzulande wenig Sinn. Für deutsche Offshore-Windparks könnte jedoch eine ähnliche Technik infrage kommen: Statt Betonkugeln werden dabei Ballons aus Nylongewebe verwendet. Das kanadische Start-up Hydrostor testet das zurzeit im Ontariosee. In nur 50 Metern Wassertiefe sind sechs Ballons aus Nylongewebe verankert. Bei einem Strom-Überangebot füllen Kompressoren am Festland die zehn Meter hohen Ballons über eine Leitung mit Luft. Wird Energie benötigt, strömt die Luft wieder heraus und treibt dabei eine Turbine an, die Strom erzeugt.

Welchen Wirkungsgrad man so erreichen könnte, ist zwar noch unklar. Der Energieverlust soll jedoch durch einen Wärmetauscher reduziert werden, der die bei der Kompression entstehende Wärme nutzt. Nach Angaben von Hydrostor kann die Anlage rund 330 Haushalte mit Strom versorgen; dabei soll sie weniger als die Hälfte einer vergleichbaren Großbatterie kosten.

Das Konzept ist vor allem für Offshore-Windanlagen gedacht - so könnten große Mengen überschüssigen Stroms am Meeresgrund gespeichert werden.

(Foto: Fraunhofer IWES | Energiesystemtechnik)

Anmerkung: In einer früheren Version des Artikels hieß es, das Speichern und Entladen der Kugeln sei bislang nur simuliert worden. Tatsächlich kam bei den Tests auch schon Strom zum Einsatz.