Batterie aus Beton speichert Energie aus Windkraft

Kostenpflichtiger Inhalt: Speicher für Windenergie : Die Super-Batterie aus dem Saarland

Physiker aus Saarbrücken und Frankfurt präsentieren die Idee eines riesigen Stromspeichers, der die Energiewende ermöglichen soll.

Schluss mit der Kernkraft, fort mit der Kohle, die Bundesregierung plant die Energiewende. Am grünen Ende dieser Wende soll deutlich mehr Strom als heute aus umweltfreundlichen Quellen stammen. Zwei Drittel, so die Berliner Pläne, könnte in zehn Jahren der Anteil der sogenannten erneuerbaren Energien am Stromverbrauch ausmachen, und in zwei Jahrzehnten sollen die letzten Kohlekraftwerke vom Netz gehen. Wind, Wasserkraft und Photovoltaik sollen dann dafür sorgen, dass in Deutschland das Licht nicht ausgeht. Doch gibt es dabei ein großes Problem. Die Erneuerbaren können sich wechselndem Bedarf nicht anpassen. Sie liefern nur dann elektrische Energie, wenn der Wind weht, die Sonne scheint oder genug Wasser im Speicherbecken steht.

Damit die Energiewende nicht in einer Sackgasse endet, braucht Deutschland zwingend einen Akku – einen oder mehrere Speicher, die elektrische Energie aufnehmen, wenn zu viel zur Verfügung steht, und diese Energie abgeben, falls mehr verlangt als geliefert wird. „Spätestens ab einem Anteil von 50 Prozent der erneuerbaren Energien brauchen wir ein Speichersystem“, sagt Gerhard Luther von der Forschungsstelle Zukunftsenergie der Saar-Uni. Gemeinsam mit seinem Kollegen Professor Horst Schmidt-Böcking von der Uni Frankfurt hat der promovierte Physiker dafür einen Vorschlag präsentiert.

Die Idee klingt beim ersten Hören verwegen – doch das Konzept ist bereits technisch getestet und Schmidt-Böcking und Luther besitzen darauf Patente. Ihnen dienen riesige Hohlkugeln aus Beton, die im tiefen Wasser versenkt werden, als Akku. Eine solche Wasserbatterie speichert Energie in Form einer Druckdifferenz. Steht zu viel Strom zur Verfügung, wird aus der versenkten Speicherkugel das Wasser herausgepumpt, innen entsteht ein Unterdruck. Soll die Wasserbatterie Strom abgeben, wird ein Ventil geöffnet, das Wasser schießt zurück in den Hohlraum, passiert dabei die Pumpturbine, und die erzeugt elektrischen Strom.

Um mit dieser Technik große Mengen Energie speichern zu können, ist allerdings eine gewaltige Druckdifferenz nötig. Knapp 1000 Meter Wassertiefe wären ideal. Deshalb hatten Luther und Schmidt-Böcking ursprünglich die etwa  800 Meter tiefe Norwegische Rinne in der Nordsee im Visier. Doch nun wollen sie ihr Öko-Projekt an einen anderen Standort verpflanzen: den Braunkohle-Tagebau in Hambach.

Ein nach dem Ende des Kohleabbaus dort geplanter Rekultivierungssee soll einen elektrischen Kurzzeitspeicher aufnehmen, dessen Kapazität theoretisch für ganz Deutschland genügen würde, haben sie in einer weiteren Patentanmeldung errechnet. Als durchaus nicht unwillkommene Nebenwirkung dieses Vorschlags würde aus dem Krater in der Landschaft, heute Symbol für Sünden der Umweltpolitik vergangener Tage, der strahlende Stern einer ökologischen Kehrtwende.

Im Jahr 2016 wurde das Konzept der Physiker vom Baukonzern Hochtief und dem Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme in Kassel mit einer solchen Unterwasser-Batterie im kleinen Maßstab bei Überlingen im Bodensee getestet. Kleiner Maßstab bedeutet dabei: Die Ingenieure versenkten ein etwa drei Meter großes und knapp 22,5 Tonnen schweres Beton-Ei im 100 Meter tiefen Bodensee. Einen Monat testete das Fraunhofer-Institut danach, ob sich der Energiespeicher unter Wasser verhielt wie berechnet. „Der Bodensee-Test war erfolgreich“, resümierte danach Christian Dick vom Kasseler Fraunhofer-Institut.

Im Fall des Hambacher Lochs denken Gerhard Luther und Horst Schmidt-Böcking nun allerdings in ganz anderen Dimensionen. Bevor der Tagebau nach dem Ende der Kohleförderung geflutet wird, so schlagen die beiden Physiker vor, solle die unterste Sohle mit geeigneten Hohlraumspeichern, zum Beispiel mit zehnmal größeren Energiekugeln, in mehreren Schichten belegt werden. Ein einziges der  dort platzierten Beton-Eier würde dann etwa 24 000 Tonnen wiegen und könnte abhängig von der Wassertiefe 15 bis 30 Megawattstunden elektrische Energie speichern. Zum Vergleich: Eine durchschnittliche Familie verbraucht etwa vier Megawattstunden pro Jahr.

Doch auch wenn das Speichervermögen beachtlich scheint, ist es angesichts des erwarteten täglichen Gesamtverbrauchs in Deutschland von 2,7 Terawattstunden (2,7 Millionen Megawattstunden) leider lachhaft wenig. „Wir brauchen ziemlich viele Speicherkugeln“, kündigt Gerhard Luther an. Was bedeutet ziemlich viele? „Wir rechnen mit bis zu 15 000 Stück und mehr“. Wie bitte? Wer diese Zahl erstmals hört, wird seine Überraschung kaum verbergen können. „Aber bedenken Sie doch“, sagt der Saarbrücker Physiker, „wir reden hier von einem wirklich großen Tagebau. Die Grundfläche unserer Anlage am Boden des Speichersees wäre mindestens vier Quadratkilometer groß.“

Die beiden Wissenschaftler haben berechnet, dass das Hambacher Loch bei seiner gegenwärtigen Größe sieben Prozent des künftigen täglichen elektrischen Energiebedarfs Deutschlands zwischenspeichern könnte. Das entspreche bereits dem Fünffachen der heutigen Gesamtkapazität der deutschen Pumpspeicherkraftwerke, reiche aber immer noch nicht aus. Weil der Standort Hambach die Möglichkeiten für Größeres bietet, haben die beiden Physiker auch eine große Lösung durchgerechnet. Wenn man’s richtig anpacke und das Potenzial voll ausschöpfe, lasse sich die Speicherkapazität auf das Zehnfache vergrößern. Dazu müsste dann allerdings der Tagebau von gegenwärtig rund 400 Meter teilweise auf 1000 Meter Tiefe ausgebaggert und die Grundfläche am späteren Boden des Rekultivierungssees auf das Fünffache vergrößert werden.

Das kann man gut finden oder auch nicht. Doch ohne Energiespeicher in diesen Dimensionen, daran lassen die beiden Physiker keinen Zweifel, wird es nichts mit der Energiewende in Deutschland. Genau besehen müsse es sogar zwei Speichertypen geben. Gasspeicher als Langfristpuffer seien zwingend erforderlich, um einen Ausfall der Wind- und Solarkraftwerke über mehrere Tage hinweg zu kompensieren, Kurzfristspeicher wie das Modell Hambach müssten kurzfristige Versorgungslücken ausgleichen. „Wir brauchen bei den Kurzfristspeichern in jedem Fall eine Reserve, die in der Größenordnung etwa einem Viertel des Tagesverbrauchs an elektrischer Energie entspricht“, sagte Gerhard Luther. Bei Langzeitspeichern setzen die Physiker auf Gas, bei Kurzzeitspeichern auf elektrische Energie. Allerdings sind die Grenzen zwischen beiden Modellen fließend. „Wir können elektrische Energie ja auch verwenden, um aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen und in Methan umzuwandeln.“

Mit diesem auf drei Meter verkleinerten Modell ist der Energiespeicher 2016 in 100 Meter Tiefe im Bodensee getestet worden. Foto: fraunhofer iee
Unterwasser-Batterie. Foto: SZ/Müller, Astrid

Für den Test des Energie-Eis im Bodensee hatten die Projektpartner 2016 finanzielle Unterstützung des Bundeswirtschaftsministerium. Ob die Hambacher Wasserbatterie eine Aussicht auf Realisierung hat, könnte sich schon in wenigen Tagen  entscheiden. Dann wollen Horst Schmidt-Böcking und Gerhard Luther ihre Idee in der RWE-Zentrale in Essen vorstellen.

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