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Forschungsprojekt: Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk So wird Wasser zum elektrischen und thermischen Speichermedium

Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Wolfgang Ernhofer

Die Idee ist simpel: Man kombiniere die Vorteile der Pumpspeichertechnologie und des thermischen Energiespeichers mit dem Energieträger Wasser und führe sie in einem „Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk“ zusammen. Dieses System speichert und liefert Strom, Wärme- und Kälteenergie.

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Franz Georg Pikl von der TU Graz forscht an der Zukunft der weltweiten Energieversorgung. Er hat mit dem Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk eine richtungweisende Technologie entwickelt: Wasser als elektrisches und thermisches Speichermedium.
Franz Georg Pikl von der TU Graz forscht an der Zukunft der weltweiten Energieversorgung. Er hat mit dem Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk eine richtungweisende Technologie entwickelt: Wasser als elektrisches und thermisches Speichermedium.
(Bild: TU Graz)

Das einfache Prinzip der Pumpspeichertechnologie: In Zeiten hoher Stromproduktion wird mithilfe der überschüssigen Elektrizität das Wasser vom tiefer gelegenen Becken in ein höher gelegenes Becken gepumpt. Bei erhöhtem Strombedarf fließt das Wasser nach unten und treibt Turbinen an, die Strom produzieren – eine der zuverlässigsten, effizientesten und langlebigsten Formen der Speicherung von Elektrizität. Solche Pumpspeicherkraftwerke sind überwiegend in gebirgigen Regionen zu finden, da sie neben ausreichend viel Wasser einen entsprechenden Höhenunterschied zwischen zwei Becken benötigen.

Dieses Funktionsprinzip verlegt Franz Georg Pikl von der TU Graz vollständig in den Untergrund: Durch unterirdische Tunnelsysteme werden die für die Stromerzeugung notwendigen Niveauunterschiede zwischen den beiden Speicherbecken topografieunabhängig erreicht. Das minimiert den Flächenbedarf, vereinfacht die Standortfindung und erleichtert die nötigen Genehmigungsverfahren.

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Wasser als elektrisches und thermisches Speichermedium

Großtechnische Fernwärmespeicher bilden die zweite Komponente des neuen Speicherkonzepts: Erneuerbare Energien erhitzen das Wassers auf bis zu 90 °C, aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität dient es als zusätzlicher thermischer Energiespeicher. Die Einspeicherung und Nutzung der thermischen Energie erfolgt mit Wärmeübertragern, die in den unterirdischen Wasserspeichern installiert sind. In Zeiten großen Wärmeenergiebedarfs gelangt die Wärme über Fernwärmeübertageleitungen direkt zum Endkunden.

Franz Georg Pikl hat das Konzept mit Absorptionskältemaschinen noch um die Fernkältetechnik ergänzt, die zum Kühlen von Gebäuden immer bedeutsamer wird. Bei Bedarf – also an heißen Tagen – dient das heiße Wasser dem Antrieb dieser Maschinen zur Kälteenergieerzeugung und wird über Fernkälteleitungen zum Kunden geliefert. Für die ständige Kälteenergieversorgung in entsprechenden Klimazonen kann das beschriebene System modifiziert werden, indem das Wasser des Pumpspeicherkraftwerks gekühlt wird: sozusagen die angepasste Variante eines „Kaltwasser-Pumpspeicherkraftwerks“.

Ökologische und ökonomische Vorteile

Technische und energiewirtschaftliche Machbarkeitsstudien attestieren diesem hybriden Speicherkonzept eine hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit. „Durch die Kombination der an sich schon sehr effizienten Systeme mit Wirkungsgraden der elektrischen und thermischen Energiespeicherung von jeweils rund 80 % steigert sich der Energieumsatz bei gleichem Ressourceneinsatz gegenüber der separaten Umsetzung deutlich. Mit dieser Energiespeicherzentrale kann eine Vielzahl von erneuerbaren Energieträgern über netzgebundene Energieinfrastruktur gebündelt werden“, so Pikl. Außerdem zeichne sich die Anlage durch eine hohe Rentabilität aus. Die Amortisationszeit sei kürzer als bei herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerken. Auch der ökologische Ansatz mache das Projekt interessant: Das Kraftwerk kann emissionslos betrieben werden, verbraucht keine Freifläche und greift nicht in den Wasserhaushalt von natürlichen Gewässern ein. Das erleichtert die Umweltverträglichkeit.

Vom Konzept zur Umsetzung

Beim Kongress der International Commission on Large Dams mit 78 vertretenen Ländern, ICOLD 2018, in Wien wurde dieses Forschungsprojekt mit dem internationalen Innovationspreis ausgezeichnet.

Aktuell ist Pikl auf der Suche nach Energieversorgern und Unternehmen, die gemeinsam mit ihm einen Prototyp des Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerks errichten.

* Der Autor ist Freier Mitarbeiter der PROCESS.

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