Projekt-Cluster

Mit Druckluft Strom speichern

Forschungsansatz

Die Demo-Anlage ADELE braucht nur eine Fläche von 100 mal 200 Metern. ©RWE

Die schwankende Stromerzeugung durch Windkraft nimmt immer weiter zu. Um ein Überangebot bei starkem Wind mit Zeiten hoher Nachfrage während einer Windflaute auszugleichen, sollen Druckluftspeicher helfen. Ein Druckluftspeicher ist eine Anlage zur kurzfristigen Speicherung elektrischer Energie. Sie nutzt zum Beispiel an windreichen Tagen überschüssigen Strom zur Erzeugung von Druckluft und lagert diese in einer Kaverne ein. Wenn die Energie wieder gebraucht wird, strömt die Druckluft in eine Turbine, treibt damit einen Generator an und erzeugt Strom. Da Luft bei Kompression wie in einer Luftpumpe sehr heiß wird und bei der Ausdehnung (Expansion) entsprechend stark abkühlt, versuchen Forscher mit adiabaten Druckluftspeichern neben dem Druck auch die Wärme zu speichern und zu nutzen.

Forschungsziele

  • Entwicklung von Wärmespeichern mit einer Speicherkapazität bis zu 1.200 Megawattstunden bei Temperaturen von über 600°C. Zum Beispiel Feststoffspeicher aus Keramik, Natursteinen, Beton oder Gusseisen könnten direkt be- und entladen werden. Sie haben sich in der Industrie bewährt, sind einfach aufgebaut und haben eine große Wärmeübertragungsfläche. Allerdings erfordern Feststoffspeicher eine druckfeste Hülle.
  • Entwicklung von Kompressoren für die Speicherbeladung, die Temperaturen bis 600°C verkraften und Drücke bis 160 bar erzeugen (mit hohem Wirkungsgrad, variablen Durchsatz und schnelle Verfügbarkeit mit wenigen Minuten Anfahrzeit). Designstudien für entsprechende Radialkompressoren sind ermutigend.
  • Entwicklung von Luftturbinen, die durch Expansion der komprimierten, heißen Luft auf Atmosphärenniveau Leistungen bis 300 MW erreichen. Herausforderungen sind u. a.: hohe Leistungsdichte, hohe Eintrittstemperaturen, große Volumenströme und Volumenstromänderungen. Gleichzeitig soll ein hoher Wirkungsgrad über dem gesamten Lastbereich bei niedrigen spezifischen Kosten erreicht werden.

Perspektiven

Als weltweit erste Anlage soll die in Staßfurt (Sachsen-Anhalt) geplante Demonstrationsanlage adiabat betrieben werden. Das heißt: Die bei der Kompression von Luft unweigerlich entstehende Wärmeenergie geht nicht verloren, sondern wird gespeichert und später wiederverwertet. Dazu dient der Wärmespeicher, der die wertvolle Energie hinter einer dicken Isolierung in einem Paket heißer Formsteine aufbewahrt. Mit seiner Wärme wird die kalte Druckluft beim Entladen wieder aufgeheizt, damit sie in einer Luftturbine Strom erzeugen kann. Der Wärmespeicher ist die Neuerung als Unterschied zu den beiden vorhandenen Druckluftspeichern in Huntorf (Niedersachen) und McIntosh (Alabama/USA). Dort muss Erdgas eingesetzt werden, um die benötigte Druckluft für die Stromerzeugung aufzuheizen. Das kostet wertvolle Wirkungsgrad-Prozente.
Die Wärmespeicherung soll Wirkungsgrade von etwa 70 Prozent ermöglichen. Zudem wird der Einsatz fossiler Brennstoffe vermieden. Damit erlaubt diese Technik die CO2-neutrale Bereitstellung von Spitzenlaststrom aus erneuerbaren Energien. Dass diese Technik machbar ist, haben das EU-Projekt AA-CAES (Advanced Adiabate Compressed Air Energy Storage) nachgewiesen.


Die Demo-Anlage wird nicht die Größe einer kommerziellen Anlage haben, sondern dient der Weiterentwicklung dieser Technologie. Innovative Komponenten wie der Wärmespeicher und die Luftturbine sind noch nicht Stand der Technik, sondern müssen für diesen Einsatz noch weiter entwickelt werden. Das Druckluftspeicherkraftwerk in Staßfurt soll bis zu 360 Megawattstunden Strom speichern können und eine Leistung von 90 Megawatt schaffen.
Eine kommerzielle Anlage soll im täglichen Ein- und Ausspeicherbetrieb etwa 1.000 Megawattstunden elektrischer Energie speichern und mehrere Stunden lang eine Leistung von etwa 300 Megawatt ins Netz einspeisen. Die in der Entwicklungslinie hierzu als Vorstufe notwendige und naturgemäß kleinere Demonstrationsanlage soll ihren Betrieb voraussichtlich frühestens 2016 aufnehmen.

Hintergrund

Druckluftspeicher sind eine vielversprechende Alternative, um überschüssige Energie im Stromnetzwerk zu speichern. Dies geschieht heute schon, und zwar hauptsächlich mit sogenannten Pumpspeichern: Bei Stromüberschuss wird Wasser in höher gelegene Becken gepumpt und bei steigender Nachfrage wieder abgelassen, um Turbinen damit anzutreiben. Der Wirkungsgrad solcher Anlagen liegt zwischen 75 und 80 Prozent. Das ist sehr gut. Allerdings lässt sich diese Technologie in Deutschland kaum noch ausbauen, und der Bedarf an Energiespeichern wird mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien steigen.

Bis 2020 soll der Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland von heute 15 auf 30 Prozent steigen. Aus Sonne, Wind und Biomasse wird dann fast ein Drittel des gesamten Stroms gewonnen. Die Sonne scheint aber nicht jeden Tag, und auch der Wind weht nicht auf Bestellung. Erneuerbare Energiequellen unterliegen starken Schwankungen – und diese Schwankungen muss das Stromnetz flexibel abfedern können. Schließlich soll auch bei bedecktem Himmel und an windstillen Tagen die Stabilität der Energieversorgung jederzeit gewährleistet sein. Für die nötige Flexibilität und die Rückendeckung für die Erneuerbaren sorgen zum einen konventionelle Kraftwerke, zum anderen Pumpspeicher oder Druckluftspeicher. Die aktuelle Forschung soll damit einen wichtigen Beitrag für eine auch langfristig zuverlässige und umweltfreundliche Energieversorgung in Deutschland leisten.

Projekte im Forschungsfeld Stromspeicherung mittels Druckluft

 

Projektname: ADELE

Projektlauftzeit: 12/2009 - 06/2013 (abgeschlossen)

 

Das Verbundvorhaben zu Stromspeicherung mittels Druckluft von BMWi und RWE heißt ADELE. Die Abkürzung steht für: Adiabater Druckluftspeicher für die Elektrizitätsversorgung. In dem Projekt arbeitete die RWE Power AG mit Forschungseinrichtungen und Herstellern zusammen, darunter das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt, General Electric und die deutsche Hoch- und Ingenieurbaufirma Ed. Züblin. Außerdem mit dabei sind die RWE-Tochter Erdgasspeicher Kalle und der Schornstein- und Feuerfestspezialist Ooms-Ittner-Hof aus der Züblin-Gruppe.

 

Forschende Organisationen

RWE Power Aktiengesellschaft - Forschung und Entwicklung - Neue Technologien, Essen
GE Global Research Zweigniederlassung der General Electric Deutschland Holding GmbH, Garching

Ed. Züblin AG - Direktion Zentrale Technik, Stuttgart (Druckbehälter des Hochtemperatur-Wärmespeichers)

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) - Institut für Technische Thermodynamik (ITT),  Stuttgart

Ooms-Ittner-Hof GmbH - Niederlassung Rhein-Main, Darmstadt
Erdgasspeicher Kalle GmbH, Freiberg, Sachsen 

 

Förderkennzeichen

0327883A, 0327883B, 0327883C, 0327883D, 0327883E, 0327883F

 

Das Nachfolgeprojekt läuft unter dem Namen ADELE-ING und findet im Rahmen der vom BMWi und BMBF geförderten Förderinitiative Energiespeicher statt.