Fraunhofer IEE auf der EXPO 2021 in Dubai Offshore-Pumpspeicherkraftwerke für die weltweite Energiewende

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE stellt auf der Expo 2021 in Dubai ein im Rahmen des Forschungsprojekts StEnSea entwickeltes Modell eines Meerespumpspeichers vor.

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Test des Offshore-Pumpsspeicherkraftwerks im Modellmaßstab 1:10 im Bodensee.
Test des Offshore-Pumpsspeicherkraftwerks im Modellmaßstab 1:10 im Bodensee.
(Bild: Fraunhofer IEE)

Die Expo hat die Zukunft im Blick. Der Deutsche Pavillon „Campus Germany“ bietet rund um das Thema Nachhaltigkeit beeindruckende Innovationen und interessante Einblicke in Forschung und Wissenschaft. Als einer von rund 40 Partnern ist das Fraunhofer IEE im deutschen Pavillon mit der Forschungsvision StEnSea – Stored Energy in the Sea – vertreten.

Pandemiebedingt wurde die Expo 2020 in Dubai verschoben. Mit einer Feier am 30. September 2021 wurde die Expo eröffnet. Sie findet bis zum 30. März 2022 statt. Als Sprecher der Arbeitsgemeinschaft des Deutschen Pavillons betonte Andreas Horbelt auf der Eröffnungspressekonferenz: „Mit dem Deutschen Pavillon auf der Expo 2020 Dubai möchten wir einen Ort schaffen, der nicht nur nachhaltige Innovationen „Made in Germany“ zeigt, sondern auch dazu einlädt, sich als Teil einer Gemeinschaft zu erleben. Unser Konzept für den Deutschen Pavillon möchte die Dringlichkeit eines gemeinsamen Kampfes gegen den Klimawandel bewusst machen – spielerisch und mit vielen Möglichkeiten, das komplexe Thema interaktiv zu erkunden."

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Vom BMWi gefördertes Projekt

Das vom BMWi geförderte Projekt StEnSea – Stored Energy in the Sea – des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in Kassel zählte schon 2018 zu den 100 innovativen Preisträgern des Wettbewerbs „Ausgezeichnete Orte im Land der Ideen“ in Deutschland. Nun hat es den Sprung auf die internationale Bühne geschafft und zeigt wie durch Experimentierfreude, Neugier und Mut zum Umdenken zukunftsweisende Innovationen im Bereich Energiespeicherung entstehen können.

Funktionsmodell im Modellmaßstab 1:10

„Im Projekt StEnSea haben wir nach Machbarbarkeits- und Potenzialstudien ein Funktionsmodell im Modellmaßstab 1:10 entwickelt und 2016 erfolgreich im Bodensee getestet. Die wirtschaftliche Anwendung für solche Speichersysteme liegt in Meerestiefen von 600 bis 800 Metern. Mögliche Standorte liegen insbesondere vor den Küsten Europas, Japans und den USA. Das von uns ermittelte Potential liegt bei rund dem 1.000-fachen der heute weltweit installierten Pumpspeicherleistung - das ist ein wichtiger Beitrag zur internationalen Energiewende“, erläutert Dr. Matthias Puchta, Projektleiter am Fraunhofer IEE in Kassel.

Umsetzung in Norwegen geplant

„Nach dem erfolgreichen Test im Bodensee streben wir nun in der nächsten Stufe eine dreimal so große Betonkugel an, die dann zirka das 50 bis 100-fache an Energie speichern kann. Dafür haben wir weltweit mögliche Standorte recherchiert und genauer untersucht. Im Ergebnis wäre eine Umsetzung in Norwegen sehr vielversprechend. Darüber hinaus haben wir die Ergebnisse des Projektes mit möglichen industriellen Partnern diskutiert und weiteren Forschungsbedarf identifiziert. Die Finanzierung der weiteren Entwicklung soll in Abstimmung mit industriellen Partnern und den öffentlichen Förderern aufgebracht werden“, erläutert Fraunhofer-Bereichsleiter Jochen Bard, der sich derzeit für die Bildung eines neuen internationalen Projektkonsortiums engagiert.

Wie funktioniert der Meerespumpspeicher? Zunächst einmal wird ein Hohlkörper auf dem Meeresboden installiert. Darin befindet sich auf der Oberseite eine Öffnung in die eine Pumpturbineneinheit integriert ist. Öffnet man nun ein Ventil an der Kugel, strömt Wasser in die Kugel und treibt die Turbine an. Strom wird also erzeugt (wie bei einem Pumpspeicher-Wasserkraftwerk an Land) . Das entspricht dem Entladen des Speichers. Beim Laden des Speichers wird Wasser mit z.B. überschüssigem Wind- oder Solarstrom gegen den Druck der Wassersäule aus der Kugel herausgepumpt. Die Speicherkapazität steigt bei gleichem Volumen linear mit der Wassertiefe an.

„Perspektivisch sehen wir mit heutiger standardisierter und verfügbarer Technik bei der Speicherkapazität von 20 MWh pro Kugel ein weltweites Potenzial mit einer elektrischen Gesamtspeicherkapazität von 893.000 MWh. In zukünftigen Parks mit einer großen Anzahl solcher Anlagen können sich damit vergleichsweise niedrige Speicher-Zykluskosten von voraussichtlich 2,0 € Cent pro kWh ergeben. Damit ließen sich kostengünstig wichtige Ausgleichsbeiträge für die schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne für die weltweite Energiewende leisten“, ist Bard überzeugt.

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