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Zeitfragen | Beitrag vom 01.04.2021

Alternative StromspeicherSteine werden zu Akkus

Von Christoph Kersting

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Blick auf eine Technologieanlage in Hamburg von oben.   (picture alliance/dpa / Axel Heimken)
Seit Juni 2019 läuft in Hamburg der Testbetrieb eines elektrothermischen Energiespeichers von Siemens Gamesa Renewable Energy. (picture alliance/dpa / Axel Heimken)

Auch in Deutschland soll die Energiewende geschafft werden. Die Frage ist nur wie. Eine weltweit einzigartige neue Speichertechnologie wird nun in Hamburg getestet. Dabei speichern riesige Mengen Schottersteine die Energie in Form von Wärme.

Wenn Ingenieurin Helen Niemeyer sich auf den Weg macht von ihrem Büro in der Hamburger City in Richtung Hafen Altenwerder, dann ist das quasi eine Reise in die Steinzeit. So sieht es zumindest das grell-violette Mammut auf dem riesigen Beton-Silo, das Niemeyer stets ansteuert auf dem Hafen-Areal: "Welcome to the New Stone Age" lautet die Botschaft des Urzeit-Viehs – dabei geht es in der sogenannten ETES-Anlage von Siemens Gamesa eigentlich um die Zukunft, genauer: Wie künftig Wind- und Solarenergie gespeichert werden kann.

"Wir haben hier unser Speichergebäude, das ungefähr zehn Meter hoch und 20 Meter lang ist, und in diesem Speichergebäude befinden sich circa 1000 Tonnen an vulkanischem Gestein, das dann die thermische Energie einspeichern kann."

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Im Prinzip sind es unscheinbare, zwei bis drei Zentimeter große dunkle Schottersteine, mit denen das Silo befüllt ist. Sie stammen aus Norwegen und halten die Wärme besonders gut, sind günstig und laut Helen Niemeyer weltweit verfügbar. Die Ingenieurin steht inzwischen unter einer riesigen Rohrleitung, die seitlich in das Beton-Silo hineinführt:

"Das Ganze funktioniert im Zusammenspiel wie ein überdimensionierter Föhn: Wir holen uns die Energie aus dem Stromnetz, erhitzen damit dann Luft, und diese heiße Luft pusten wir durch unser Speichergebäude, und darin werden dann eben diese vulkanischen Gesteinsbrocken erhitzt und können die Energie dann in thermischer Form für eine gewisse Zeit speichern. Es ist ja so, dass erneuerbare Energien nicht immer stetig Strom liefern, wann immer er gebraucht wird, und unsere Speichertechnologie erlaubt es eben, dass wir die Stromproduktion vom Strombedarf entkoppeln.

Energie kann als Wärme zwischengespeichert werden

Nicht benötigte Energie wird in Form von Wärme zwischengespeichert – dieses Prinzip gibt auch der Anlage ihren Namen: "ETES", was für "Elektrothermischer Energiespeicher" steht. Bis auf 750 Grad Celsius werden die Steine im Silo erhitzt und speichern die Wärme über mehrere Wochen nahezu verlustfrei.

Wird die Energie wieder benötigt und soll ins Stromnetz eingespeist werden, kehrt die Anlage den Prozess um:

"Das heißt, wir pusten oder wir strömen dann mit kalter Luft in umgekehrter Richtung durch unser Speichermaterial durch. Die heiße Luft wird dann in unser sogenanntes Maschinenhaus in einem riesigen Wärmeübertrager auf einen Wasser-Dampf-Kreislauf übertragen. Und dieser heiße Dampf, der dabei entsteht, der treibt eine Turbine an, und das Ganze ist dann wie im konventionellen Kraftwerk quasi die Rückverstromungseinheit."

Nur dass hier keine fossilen Energieträger wie Kohle oder Gas verbrannt werden, um Strom zu gewinnen, sondern eben erneuerbare Energien in Form von Wärme zum Einsatz kommen. Doch wie bei Kohle- oder Gaskraftwerken sei auch die Speichertechnik mittels Vulkansteinen kein Nullsummenspiel, betont Michael von der Heyde vom Institut für technische Thermodynamik an der TU Hamburg. Die Hochschule ist einer der ETES-Projektpartner.

"Die Effizienz von Speichersystemen: immer ein wichtiger Punkt. Ich würde das unterteilen in zwei Wirkungsgrade: Einmal die Umwandlung von elektrischer Energie in die thermische Energie, die wir speichern. Da sind wir relativ hoch, über 90 Prozent. Und dann kann man diese thermische Energie entweder direkt nutzen, dann hat man keine großartigen Verluste. Oder man wandelt das zurück um in elektrische Energie, dann hat man die ganz klassischen Verluste wie in jedem Dampfkraftprozess. Der Kohlekessel hat ja auch gewisse Abgasverluste und liefert dann auch thermische Energie an den Dampfkraftprozess, und der hat dann ja auch meistens einen Wirkungsgrad von 45 Prozent. Insofern kommen wir dann ´Strom zu Strom' auch so bei 45 Prozent raus."

Vorteile der neuartigen Anlage

Über die Hälfte der Energie verpufft bei diesem Prozess also. 130 Megawattstunden thermische Energie können die Steine im Hamburger Silo speichern, davon bleiben demnach knapp 60 Megawattstunden übrig, wenn die Wärme wieder in Strom umgewandelt wird: Genug, um rund 3000 Durchschnittshaushalte einen Tag lang mit Strom zu versorgen. Aus Sicht von Michael von der Heyde überwiegen die Vorteile der neuartigen Anlage gegenüber anderen Speichertechniken. Pumpspeicherkraftwerke etwa benötigten große Höhendifferenzen und viel Platz, anders als der ETES-Speicher, der eher kompakt und damit auch im Flachland leicht zu installieren sei.

"Zum Beispiel in die Nähe eines Windparks, eines großen Solarfeldes oder in die Nähe einer Stadt. Es gibt ja auch keine Emissionen, die von der Anlage ausgehen, und von daher kann man die auf die grüne Wiese bauen – oder eben ein bestehendes Kohlekraftwerk, das nicht mehr benutzt werden soll, dann umrüsten zu einem Speicherkraftwerk und somit diese Investition und den Netzanschluss und die Arbeitsplätze erhalten."

Laut Siemens-Gamesa sind auch deutlich größere Anlagen als jene im Hamburger Hafen geplant, mit Speicher-Kapazitäten von bis zu zwei Gigawattstunden.

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