Eines der größten Probleme der Stromversorgung durch erneuerbare Energiequellen ist die Stromspeicherung: Bei Sonnenschein und starkem Wind produzieren die Anlagen oft mehr Strom als benötigt wird, bei Dunkelheit und Flaute hingegen zu wenig. Um die Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage zu kompensieren sind daher moderne Speicherkonzepte gefragt. Dem widmet sich Enairys Powertech (Enairys), ein 2008 gegründetes Unternehmen aus dem schweizerischen Lausanne. Enairys entwickelt dazu das Prinzip der Druckluftbatterie in Hinblick auf Umweltfreundlichkeit, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit weiter – unter Rückgriff auf Antriebs- und Automatisierungskomponenten von Siemens.
Bekanntes Prinzip – neu definiert
Das Prinzip der Druckluftbatterie ist einfach: Mit der von Solar- und Windparks produzierten Energie wird Luft in Flaschen auf etwa 200 bar zusammengepresst. Liefern die genannten Energiequellen nicht mehr genug Strom, wird die Luft dekomprimiert und die so entstandene Energie ins Stromnetz eingespeist. Bisher erfolgte die Komprimierung der Luft mäßig effizient (Wirkungsgrad: rund 30 %) durch mechanische Motoren und Kolbenkompressoren. Bei der Enairys-Lösung „Hypes“ (Hydro-Pneumatic Energy Storage) wurden die klassischen durch deutlich effizienter arbeitende hydraulische Kolben ersetzt. Durch Wärmeausstauscher behält das System zudem während der Verdichtung oder Ausdehnung nahezu die Temperatur der Umgebung bei, was ebenfalls der Effizienz zugutekommt. Das System besteht aus drei Teilen:
- Das Volumen der Speichereinheit mit Hochdruckluft-Reservoirs definiert die energetische Leistung des Systems.
- Die Wassereinheit mit Reservoir und Wärmetauscher sichert die Beibehaltung der Umgebungstemperatur.
- Und zuletzt nutzt die Energiesteuerungs- und Konversionseinheit das Wasser für die Umwandlung von Elektrizität in Druckluft (und umgekehrt).
Ein schlüsselfertiges System
Hypes basiert auf der Automatisierung und dem Leistungsumschalter des Sinamics S120 Frequenzumrichters. Den Antrieb wiederum übernimmt ein Simotics 1PH8 Elektromotor, an den die hydraulischen Motorpumpen angebunden sind. Das System speichert nun bei einer Überproduktion die gewonnene Energie, indem die Motorpumpen das Wasser aus dem Reservoir in die mit Luft gefüllten Kammern pumpen; dadurch wird die Luft komprimiert und gekühlt. Bei sinkender Energieproduktion dehnt sich die Luft aus, gibt Druckluft an das Wasser ab und treibt die hydraulischen Kolben und damit den Elektromotor 1PH8 für die Stromgeneration an.
Eine vielseitige und saubere Alternative
Hypes bietet eine Betriebsdauer von 20 bis 30 Jahren und damit drei bis fünf Mal mehr als herkömmliche Systeme. Mit einer Speichereinheit von einem Kubikmeter Luft bei einem Druck von 200 bar produziert das System 25 Kilowattstunden Energie und kann damit einen durchschnittlichen Haushalt für zwei Tage mit Strom versorgen. Damit eignet es sich beispielsweise als Alternative zu dieselgetriebenen Notstromaggregaten oder als Option für die saubere Stromerzeugung in „netzfreien“ Gegenden, etwa in Schwellenländern.
Miriam Schaller ist für die Abteilung Business Development and Marketing / Siemens Schweiz tätig.
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