Ein an der TU Graz entwickeltes System nutzt Wasser als elektrisches und thermisches Speichermedium.
Das Kraftwerk kann emissionslos betrieben werden, verbraucht keine Freifläche und greift nicht in den Wasserhaushalt von natürlichen Gewässern ein. Foto: © Pikl - TU Graz
Dieser kombinierte Energiespeicher könne bis zu 90 Prozent des weltweiten Energiebedarfs emissionslos bereitstellen, informiert die TU Graz in einer Aussendung. Das „Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk“, entwickelt vom Team um Franz Georg Pikl, Doktorand am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, speichere und liefere bedarfsgerecht Elektrizität, Wärme- und Kälteenergie.

Erstes Element im Konzept ist die bewährte Pumpspeichertechnologie: Pumpspeicherkraftwerke benötigen neben ausreichend viel Wasser einen entsprechenden Höhenunterschied zwischen zwei Becken. 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 wieder nach unten und treibt Turbinen an, die wiederum Strom produzieren. Dieses Funktionsprinzip verlegt Pikl vollständig in den Untergrund: Durch unterirdische Tunnelsysteme werden die für die Stromerzeugung notwendigen Niveauunterschiede zwischen den beiden Speicherbecken topografieunabhängig erreicht. Dies minimiert den Flächenbedarf, vereinfacht die Standortfindung und erleichtert die nötigen Genehmigungsverfahren.

Großtechnische Fernwärmespeicher, in denen thermische Energie gespeichert wird, bilden die zweite Komponente des neuen Speicherkonzepts. Wasser dient dem unterirdischen Pumpspeicherkraftwerk aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität nun als zusätzlicher thermischer Energiespeicher. Erneuerbare Energien erhitzen das Wasser auf bis zu 90 Grad Celsius. Die Einspeicherung und Nutzung der thermischen Energie erfolgt mit Wärmetauschern, die in den unterirdischen Wasserspeichern installiert sind. In Zeiten großen Wärmeenergiebedarfs gelangt die Wärme schließlich über Fernwärmeübertagungsleitungen direkt zum Endkunden.

Pikl hat das Konzept noch um die Fernkältetechnik ergänzt, bei der Absorptionskältemaschinen eingesetzt werden. Bei Bedarf dient das heiße Wasser dem Antrieb dieser Maschinen zur Kälteenergieerzeugung und wird über Fernkälteleitungen zu den KundInnen geliefert. Für die ständige Kälteenergieversorgung in entsprechenden Klimazonen kann das beschriebene System modifiziert werden, indem das Wasser des Pumpspeicherkraftwerks gekühlt wird.

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 Prozent steigert sich der Energieumsatz bei gleichem Ressourceneinsatz gegenüber der separaten Umsetzung deutlich“, sagt Pik. Aktuell ist er auf der Suche nach Energieversorgern und Unternehmen, die gemeinsam mit ihm einen Prototyp des Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerks errichten. „Die berücksichtigten Technologien sind seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz, jedoch ist noch niemand auf die Idee gekommen sie zu koppeln. Unser System könnte ein Baustein für eine sichere erneuerbare Energiezukunft sein und wäre dafür eine energieeffiziente und umweltverträgliche Maßnahme.“ (cst)

TU Graz

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