Strom aus gepresster Luft
Windkraftanlagen erzeugen zwar sauberen Strom, aber nur, wenn der Wind weht. Das ist nicht immer der Fall. Stehen viele Windräder still, steigt das Risiko eines Stromausfalls. Stromspeicher, die während einer Flaute die fehlende Energie liefern, könnten hier Abhilfe leisten.
Als praktikable Speicher für große Strommengen galten bislang nur Wasserspeicherkraftwerke, bei denen Wasser in ein höheres Becken gepumpt und bei Bedarf wieder abgelassen wird, um dann erneut Turbinen anzutreiben. Doch es könnte auch anders gehen: Energie-Experten wollen komprimierte Luft als Energiespeicher nutzen.
Hierfür werden große Kavernen unter der Erde über einen elektrischen Kompressor mit Pressluft voll gepumpt. Bei geschlossenem Ventil halten sie den Druck gespeichert. Erst bei Bedarf wird die Druckluft aus den Tanks genutzt, um Turbinen anzutreiben und damit wieder Strom zu erzeugen. Um dabei den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird die Luft vor Eintritt in die Turbine zusätzlich mit einem Gasbrenner erhitzt.
Neu ist diese Technik nicht. Bereits seit 1978 ist das erste Luftspeicherkraftwerk der Welt im niedersächsischen Huntorf in Betrieb. Zwei große Kavernen, die durch das Aussolen eines Salzstocks in Tiefen zwischen 650 m und 800 m entstanden, haben zusammen ein Volumen von rund 310 000 m3. Sie werden nachts mit überschüssigem Strom auf bis zu 70 bar Druck voll gepumpt. Die darin gespeicherte Luft reicht aus, um über eine Gasturbine bei Bedarf bis zu drei Stunden lang 290 MW Strom zu erzeugen. So können Verbrauchsspitzen im norddeutschen Stromnetz abgedeckt werden.
In den USA gibt es Pläne für eine ganze Reihe neuer Luftspeicherkraftwerke. Sie sollen die Energiekrise lösen helfen, mit der zahlreiche US-Staaten zu kämpfen haben: Ihr Strombedarf ist in den vergangenen Jahren derart gewachsen, dass die Stromproduktion der vorhandenen Kraftwerke zu bestimmten Zeiten nicht mehr ausreicht. Stromausfälle sind die unweigerliche Folge.
Herausragendes Beispiel ist derzeit ein geplantes Kraftwerk in Norton (Ohio), das 2003 ans Netz gehen soll. Eine aufgegebene Kalkmine in 800 m Tiefe dient dort als riesiger Luftspeicher mit rund 9 Mio. m3 Volumen. Bei einem Überdruck von 110 bar in der voll gepumpten Mine wird das Kraftwerk eine Leistung von 2700 MW erreichen – mehr als doppelt soviel wie ein großes Atomkraftwerk. „Die Anlage in Norton wird das größte Luftspeicherkraftwerk der Welt sein. Im voll ausgebauten Stadium wird es genug Luftreserve in seinen Kavernen haben, um 675 000 Haushalte mehr als zwei Tage lang mit Strom zu versorgen“, sagt Michael McGill, Vizepräsident des Unternehmens „Norton Energy Storage“ (NES).
Energie-Experten sehen für die Luftspeicherkraftwerke eine große Zukunft voraus. Neben ihrem Einsatz als Stromausfallsicherung könnten sie für den Ausbau der regenerativen Energien Bedeutung erlangen. „Wenn man Luftspeicher mit Windenergie-Anlagen kombiniert, eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten für deren Nutzung,“ sagt der Physiker Alfred J. Cavallo, der früher am Zentrum für Energie- und Umweltsysteme der Universität Princeton forschte und heute als freier Berater arbeitet. Windkraft sei eine Energiequelle, die aus Sicht eines Energiekonzerns normalerweise relativ unberechenbar ist. In Verbindung mit einem Stromspeichersystem erscheine sie hingegen „wohl erzogen“.
„Ein großer Windpark mit Luftspeicher kann sowohl aus technischer als auch wirtschaftlicher Sicht künftig eine echte Alternative zu Öl-, Gas-, Kohle- oder Atomkraftwerken darstellen“, sagt Cavallo. Seine Vision: In abgelegenen Regionen mit guten Windverhältnissen wie der Inneren Mongolei oder den Great Plains in den USA sollten überdimensionierte Windparks zusammen mit Luftspeicherkraftwerken gebaut werden. In dieser Kombination hätten sie die Charakteristik eines so genannten Grundlastkraftwerkes: Nahezu ohne Unterbrechung liefern sie Strom und können so das Rückgrat der Stromversorgung bilden.
„Noch können solche Kombinationskraftwerke mit konventionellen Grundlastkraftwerken nicht konkurrieren, die fossilen Rohstoffe sind bis jetzt zu billig“, sagt Cavallo. Doch die Endlichkeit der Ressourcen, aber auch der Drang, CO2-Emissionen aus Klimaschutzgründen zu verringern, könnten diese Verhältnisse bald ändern. Derzeit verhandelt Cavallo nach eigenen Angaben mit Regierungsstellen und Stiftungen in den USA, um Fördergelder für ein Pilotprojekt zu bekommen.
Ganz emissionslos arbeiten die Wind-Luftspeicher-Kraftwerke nicht. Das Erhitzen der Druckluft vor dem Eintritt in die Turbine erfolgt über das Verbrennen von Erdgas. „85 % bis 90 % der Energie stammt aus dem Wind, der Rest aus fossilen Brennstoffen“, erklärt Cavallo. Vollkommen „grün“ wäre der gespeicherte Windstrom also nicht.
„Ein Windkraft-Luftspeicher-Gaskraftwerk emittiert wesentlich weniger als ein Kohle- oder Gaskraftwerk „, sagt Robert H. Williams, Professor für Umweltpolitik an der Harvard Universität. „Luftspeicherkraftwerke könnten dazu dienen, die gesamte Stromerzeugung weitaus grüner zu gestalten, weil ein viel größerer Teil der Energie aus regenerativen Quellen stammen könnte, ohne dass das Stromnetz ständig unter Produktionsschwankungen zu leiden hätte.“
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