Submariner Druckluftspeicher
Submarine Druckluftspeicher (SM-CAES) stellen eine Variante der Druckluftspeicher (CAES) dar. Es handelt sich um einen großvolumigen, in einem See oder Meer auf große Tiefe versenkten, luftdicht verschlossenen Behälter mit einer Öffnung zum umgebenden Wasser sowie einer röhrenförmigen Verbindung zur Wasseroberfläche. Er dient genau wie Druckluftspeicherkraftwerke oder Pumpspeicherkraftwerke der temporären Speicherung von Energie – aufgrund seiner Bauweise vorzugsweise für überschüssigen Strom, welcher in Offshore-Windparks erzeugt wurde. Um beim Be- und Entladen des Speichers einer Adiabatischen Zustandsänderung nahe zu kommen (geringe Wärmeverluste, höherer Wirkungsgrad) sowie einer Vereisung der Turbine entgegenzuwirken, wird der Submarine Druckluftspeicher mit einem Wärmespeicher kombiniert.
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[Verbergen]Funktionsweise[Bearbeiten]
Druckluftspeicher[Bearbeiten]
In Zeiten, in denen Offshore-Windkraftwerke mehr Strom erzeugen als im Stromnetz durch Verbraucher entnommen wird, nutzen Kompressoren die überschüssige Energie, um Druckluft über die Verbindungsröhre in den Behälter zu pumpen. Über die meeresseitige Öffnung des Behälters strömt das darin befindliche Wasser nach außen. Somit bleibt innerhalb des Behälters der (Luft-)Druck gleich groß wie der (Wasser-)Druck außerhalb des Behälters und die Behälterwandung unterliegt nur geringen Belastungen. In Zeiten großen Strombedarfs strömt umgekehrt das Wasser in den Behälter und die im Behälter befindliche Luft zur Wasseroberfläche. Dort treibt sie über eine Turbine einen Generator an, welcher den erzeugten Strom in das Netz abgibt.
Damit der Behälter infolge der Befüllung mit Luft nicht aufschwimmt, muss er beschwert werden. Dadurch geht ein Teil seines Volumens für die Energiespeicherung verloren. Dieser Teil ist um so kleiner, je größer das spezifische Gewicht des Füllgutes ist.
Als Behälter eignen sich ausgediente Öltanker.
Ergänzender Wärmespeicher[Bearbeiten]
Infolge der Kompression erhitzt sich die Luft auf Temperaturen bis über 1.000 °C – je nach Druck. Um die Anlage vor solchen Temperaturen zu schützen und um Temperaturverluste zu minimieren, wird die Wärme in einem Wärmespeicher zwischengespeichert und beim späteren Entladen des Druckluftspeichers wieder entnommen. Durch den ergänzenden Wärmespeicher wird der SM-CAES zu einem submarinen, adiabatischen und isobaren Druckluftspeicher (SM-AI-CAES).
Der Wärmespeicher besteht aus einem ebenfalls versenkten, thermisch isolierten und mit Wasser gefüllten Behälter. Die verdichtete und erwärmte Luft wird durch den Wärmespeicher geführt und gibt einen Teil ihrer Wärmeenergie an dessen Speichermedium Wasser ab. Je nach Versenkungstiefe und Wasserdruck kann das Wasser auf mehrere 100 °C erhitzt werden ohne zu sieden. Die dadurch abgekühlte Druckluft wird anschließend in den Druckluftspeicher geführt.
Beim Entladevorgang wird die Luft, welche sich während der Dauer der Speicherung weiter abgekühlt hat, wiederum durch den Wärmespeicher geführt und dadurch erhitzt. Sie gelangt schließlich über die Verbindungsröhre zur Turbine, wo sie unter Expansion und Abkühlung Arbeit verrichtet.
Einsatzgebiete[Bearbeiten]
- Verstetigung der Stromeinspeisung: Offshore-Windkraftwerke haben – wie alle Windkraftanlagen – das Problem, dass sie durch betriebliche Maßnahmen nicht beeinflussen können, wann sie Strom bereitstellen. Sie sind darauf angewiesen, dass Wind weht. Demgegenüber schwankt der private und gewerbliche Strombedarf im Tagesverlauf in einem relativ festen Rhythmus.
Submarine Druckluftspeicher dienen in erster Linie dazu, die zeitliche Diskrepanz zwischen Stromerzeugung von Offshore-Windkraftwerken und dem Strombedarf der Verbraucher zu überbrücken. Es handelt sich also nicht um ein Kraftwerk im herkömmlichen Sinn. Es ist vielmehr so, dass aufgrund auftretender Verluste mehr Energie zum Einspeichern benötigt wird als bei der späteren Wiederbereitstellung freigesetzt wird.
- Abdeckung der Spitzenlast: Der Betreiber kann die Energieeinspeisung in das öffentliche Stromnetz bewusst bis in die Zeit der Spitzenlast zurück stellen, um höhere Vergütungen zu erzielen.
- Allgemeine Energiespeicherung: Falls absehbar ist, dass über einen längeren Zeitraum kein Wind wehen wird, kann der Druckluftspeicher Energie aus dem öffentlichen Stromnetz aufnehmen, zwischenspeichern und bei Bedarf wieder abgeben.
