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Windstrom auch bei Flaute: Dudelsack-Technik verspricht Energierevolution

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Diese Erfindung könnte die Strombranche umstürzen: Eine US-Firma hat ein effizientes Verfahren entwickelt, um Windenergie zu speichern. Jetzt hoffen die Tüftler auf gewaltige Windparks, verlässlich und mächtig wie Kohlekraftwerke.

Hamburg – Ab Windstärke zehn herrscht bei E.on Hektik. In der Leitzentrale des Stromkonzerns blinken wild die Warnleuchten, die Mitarbeiter müssen innerhalb von Sekunden Dutzende Schalter umlegen. "Da steigt der Adrenalinspiegel", sagt Manfred Grupe, der Chef der Schaltleitung in Lehrte bei Hannover.

Windräder bei Cuxhaven: Bei Flaute ist die Ausbeute gleich Null
DPA

Windräder bei Cuxhaven: Bei Flaute ist die Ausbeute gleich Null

Grupe ist verantwortlich für einen großen Teil des Stromnetzes in Norddeutschland. An manchen Tagen kann er sich vor lauter Windstrom kaum retten. Überall im Land drehen sich die Windräder und drücken ihren Strom ins Netz. An anderen Tagen weiß er nicht, woher er den Strom nehmen soll, der gerade benötigt wird.

Fast 19.000 Windräder stehen in Deutschland. Wenn eine ordentliche Brise weht, erzeugen sie mehr als 20.000 Megawatt Strom – so viel wie zwanzig Kernkraftwerke. Bei Windstille dagegen ist die Ausbeute gleich Null. Für eine Industriegesellschaft kein tragbarer Zustand: Zigmillionen Verbraucher sind darauf angewiesen, dass Strom jederzeit verfügbar ist – unabhängig von der Stärke des Windes.

Seit Jahren träumen Wissenschaftler deshalb davon, die Energie des Windes zu speichern. Druckluft, Pumpspeicher, riesige Batterien – in fast alle Richtungen haben sie schon geforscht. Doch alle Methoden hatten bislang einen großen Nachteil: Beim Speichern von Strom geht massenweise Energie verloren.

Eine US-Firma geht nun einen völlig neuen Weg. General Compression aus dem Ostküstenstaat Massachusetts hat eine Technik entwickelt, um Windenergie "fast ohne Energieverlust" zu speichern, wie das Unternehmen mitteilt. Es könnte der lang ersehnte Durchbruch sein.

Der Clou: Die Windräder von General Compression produzieren gar keinen Strom. Bisher haben sich Heerscharen von Ingenieuren den Kopf darüber zerbrochen, wie man elektrische Energie speichern könnte. Diesen Umweg lassen die Amerikaner weg. Sie wollen aus der Kraft des Windes direkt Druckluft gewinnen – und die lässt sich hervorragend speichern.

Die Idee kommt einer Revolution gleich. Das Herzstück herkömmlicher Windräder ist schließlich der Generator, der die Drehbewegung der Rotoren in Strom umwandelt. Doch die Amerikaner verzichten auf den Generator einfach. An seine Stelle kommt ein Druckluft-Kompressor.

Von außen ist der Unterschied nicht zu erkennen. "Unsere Windräder sehen aus wie alle anderen", sagt David Marcus, der Chef von General Compression. Nur das Ergebnis ist grundverschieden: Statt Strom kommt unten Druckluft raus.

Diese Druckluft kann dann gespeichert werden. Ein künstliches Rohrleitungsnetz hat zum Beispiel eine Kapazität von gut sechs Stunden. Noch besser sind natürliche Kavernen, Salzstöcke oder leere Erdgasfelder, die es gerade in Norddeutschland zahlreich gibt. Bei entsprechender Größe könnten sie einen Monat lang mit Druckluft voll gepumpt werden. Das Prinzip funktioniert wie bei einem Dudelsack: Wenn der Wind bläst, wird der Speicher gefüllt. Und wenn man Luft braucht, lässt man sie wieder heraus.

Die eigentliche Stromerzeugung findet erst ganz zum Schluss statt. Je nach Bedarf lässt man die Druckluft entweichen und durch eine Turbine schießen. Diese wiederum treibt einen Generator an, der zuverlässig Strom ins Netz speist – unabhängig von den Launen des Windes.

Dabei ist es keine neue Idee, Energie in Form von Druckluft zu speichern. Weltweit sind schon zwei Anlagen in Betrieb, eine in McIntosh im US-Bundesstaat Alabama, eine im niedersächsischen Huntorf. Allerdings ist hier der Ausgangspunkt stets Elektrizität. Unter großem Energieverlust wird erst der Wind in Strom, dieser in Druckluft und diese schlussendlich wieder in Strom umgewandelt.

General Compression verzichtet auf den ersten Schritt – und erreicht so eine deutlich höhere Effizienz. Der Name der Erfindung: Dispatchable Wind Power System (DWPS) – jederzeit verfügbare Windkraft.

Das Motto der beiden Brüder: "Think big"

Noch ist das Ganze kaum mehr als eine Idee. General Compression ist ein kleines Unternehmen mit gerade einmal 15 Mitarbeitern. Verschiedene Investoren haben bisher acht Millionen Dollar Startkapital zur Verfügung gestellt.

Aber die Ambitionen von David Marcus und seinem Bruder Michael, dem Co-Chef des Unternehmens, sind groß. Noch in diesem Herbst wollen sie weitere 30 Millionen Dollar einsammeln. Ihr bestes Argument: das weltweite Patent, das sie auf ihre Erfindung angemeldet haben.

"Think big" – das ist das Motto der beiden Brüder. Ihr Ziel sind nicht vereinzelte Windräder im Stil eines deutschen Bürgerwindparks. Sie haben riesige Windfarmen im Sinn. "Das System kann aus Hunderten Windrädern bestehen", sagt David Marcus.

Jedes einzelne Windrad soll Druckluft in einen gemeinsamen Speicher pumpen. Am Ende steht nur eine große Turbine mit einem großen Generator. Dadurch ist der Reibungsverlust geringer als bei lauter kleinen Generatoren. Als Gesamtoutput kann sich Marcus bis zu 500 Megawatt vorstellen – das würde einem Kohlekraftwerk entsprechen.

Auch die Zuverlässigkeit entspricht der eines konventionellen Kraftwerks - der Dudelsack kann zu jeder Tages- und Nachtzeit spielen. "Es geht um eine völlig neue Art der Stromerzeugung", sagt Marcus. "Wind ist erstmals in der Lage, mit Kohle- oder Kernkraftwerken zu konkurrieren."

Die Kosten schätzt General Compression auf das Anderthalbfache eines herkömmlichen Windparks. Für 500 Megawatt wären also gut 750 Millionen Euro nötig. Allerdings, sagt Marcus, lassen sich auch höhere Einnahmen erzielen. Möglich machen das die starken Schwankungen des Strompreises je nach Tageszeit. Dank DWPS kann man den Windstrom vor allem zu Spitzenzeiten verkaufen – und viermal so viel Geld verdienen wie beispielsweise bei Nacht.

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Forum - Kann Ökostrom Deutschlands Energieproblem lösen?
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1.
Gabri, 21.02.2007
Im Jahr 2005 betrug der Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland 6.6% (BMU-Bericht 01/07). Diese Zahl bezieht sich auf die Stromerzeugung, die Wärmebereitstellung sowie die Kraftstoffe. Seit 1998 hat sich dieser Anteil mehr als verdoppelt, was über diesen doch recht langen Zeitraum allerdings erschreckend wenig ist. Die höchsten Zuwächse finden sich absolut in der Stromerzeugung (insbesondere Windkraft und Solarenergie), relativ gesehen in der Kraftstofferzeugung Biodiesel, Pflanzenöl und Ethanol). Realistische Vorstellungen gehen dahin, bis 2020 25 bis 30 % der Stromversorgung mit erneuerbaren Energien abzudecken, bis 2050 will man die Hälfte des Primärenergiebedarfs aus regenerativen Quellen decken. So weit so gut. Das bedeutet aber auch, dass selbst bei diesen sehr optimistischen Schätzungen Deutschland wohl kaum eine Vollversorgung erreichen kann und infolge dessen stets auf Importe angewiesen sein wird, egal ob es sich um bis dahin vermutlich knapp gewordenes Erdöl/Erdgas, Atomstrom oder regenerative Energien aus Ländern mit besseren Ressourcen, Flächen, Solarausbeute, Wasserkraft o.ä. handelt. Unter diesen Umständen wäre eine genaue Kosten/Nutzenanalyse der heimischen Möglichkeiten wichtig. Zum Beispiel die Frage, welche regenerativen Energien ausgebaut werden sollten und welche besser auch in Zukunft besser importiert werden. Beispielsweise gehören die deutschen Böden zu den fruchtbarsten der Welt und es wäre ernsthaft zu überlegen, ob man sie z.B. für den Rapsanbau vergeuden sollte und sich stattdessen nicht besser auf die Produktion hochwertiger Lebensmittel konzentrieren sollte um diese dann zu exportieren und gegen Energien einzutauschen. Länder wie Spanien mit diesen riesigen Dürregebieten eignen sich nun mal weitaus besser für Photovoltaik als die Norddeutsche Tiefebene und die Alpenregionen bieten bessere Möglichkeiten für Wasserkraft. Offshore-Windanlagen sind dagegen eine gute Option für Deutschland, ebenso aufgrund der Mehrheit der Böden dezentrale Geothermie-Anlagen für den einheimischen privaten und öffentlichen Wärmegewinn. Vorsichtig wäre ich dagegen bei dem verstärkten Einsatz von Holz (Pellets). Ein relativ waldarmes Land wie Deutschland kann hier im Verhältnis zu Skandinavien nur beschränkt punkten. Deshalb wäre ich auch vorsichtig mit dem möglichen Ziel der energetischen Unabhängigkeit. Diese wird in Deutschland nicht erreichbar sein ohne den Nachteil der Unwirtschaftlichkeit. Zum Ausbau regenerativer Energien würde ich ein klares Ja sagen, aber immer mit der Einschränkung, dass wir nicht den Ausbau jeder Energiequelle unbedingt fördern sollten, dieses nur im Verbund mit den europäischen Nachbarn.
2. Alles was geht ! Ökostrom sofort !
17 Träume, 21.02.2007
---Zitat von Gabri--- Im Jahr 2005 betrug der Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland 6.6% (BMU-Bericht 01/07)... Unter diesen Umständen wäre eine genaue Kosten/Nutzenanalyse der heimischen Möglichkeiten wichtig. Zum Beispiel die Frage, welche regenerativen Energien ausgebaut werden sollten und welche besser auch in Zukunft besser importiert werden. Beispielsweise gehören die deutschen Böden zu den fruchtbarsten der Welt und es wäre ernsthaft zu überlegen, ob man sie z.B. für den Rapsanbau vergeuden sollte und sich stattdessen nicht besser auf die Produktion hochwertiger Lebensmittel konzentrieren sollte um diese.... ---Zitatende--- Ökostrom ist ja ein kleiner Teil bezogen auf die Primärenergieverbäuche Deutschlands, aber ein Anfang. Sie haben völlig Recht, daß eine Vollversorgung viel Schritte und Effizienzverbesserungen braucht. Es gibt bereits Studien, die auch unser Umweltminister kennt, welche z.B. Biogas klar präferiert (bis 2020 sind 10% Anteil geplant obwohl heute nur 1% Beitrag hieraus resultiert). Ebenso wie Kraftstoffe aus Biomasse (BtL statt Biodiesel) ist Biogas sehr umweltfreundlich in der Herstellung und in der Flächeneffizienz sowie Speicherfähigkeit und bietet hohe Nutzungsausbeuten aus vielfältigen pflanzlichen Rohstoffen. Hierzu gibt es im März eine Neujustierung durch die Politik, die auch eine Verbesserung von Wärmeeinsatz bzw. ein Wärmeinspeisegesetz erwarten lässt aufgrund der hohen Wirkungsgrade von Kraftwäremkopplungsanlagen, die Strom und Wärme gleichzeitig produzieren. ein ausführlicher Beitrag über die Energiemöglichkeiten http://forum.spiegel.de/showthread.php?p=967925#post967925 eigene Ideen für politische Sofortrahmensetzungen http://forum.spiegel.de/showthread.php?p=974921#post974921
3.
aloa5, 21.02.2007
---Zitat von sysop--- Die Energieversorgung in Deutschland ist in hohem Grad von Importen abhängig. Neben der klimaschädlichen Braunkohle und der hoch subventionierten Steinkohle sind die erneuerbaren Energien der einzige relevante heimische Energieträger. Sollten sie deshalb stärker ausgebaut werden - auch wenn das teuer ist? ---Zitatende--- Und wo bzw. wie viele Windkrafträder lassen sich aufstellen ? Begrenzt. Solaranlagen ? Nun - auf Dächern wird es bei derzeitigem Klimawechsel wohl immer interessanter. Neuere Häuser haben meisst welche auf dem Dach. Längerfristig kann dies vielleicht ein relevanter Faktor werden. Geht aber nur langsam vorwärts und hängt mit den Stückpreisen und unserem Wohlstand zusammen. Auto - keine wirkliche Lösung in Sicht. Wir können gar nicht ausreichend Raps u.ä. herstellen - auch wenn es mit Verknappung (und verteuerung) der Ressourcen (China,Indien) durchaus die landwirtschaftliche Beschäftigungsalternative sein kann (und lohnend dazu). [[Was machen eigentlich die arabischen Ölstaaten mit Ihrem Geld, wenn das Öl (die Geldquelle) versiegt ist ? (habe ich mich schon immer gefragt.... Krieg? Oder werden dort Solaranlagen aufgebaut und wir so versorgt ? ) ]] Ich finde, man muss dies nicht auf biegen und brechen fördern. Mit der Winkraft wird viel Subventionsbetrug mit Mafia-Ähnlichen Kartellen getrieben. Solaranlagen auf Dächern können durchaus helfen. Bei steigenden Rohstoff- und Strompreisen wird evtl. das ganze sogar im Verhältnis immer billiger. Etwas fördern: ja - erzwingen: nein. Wenn es sich wirklich lohnt, dann kommt es später automatisch. Grüsse ALOA
4. 100% regenrativ ist machbar !
17 Träume, 21.02.2007
sagt auch Prof.Dr. Hohmeyer, der einen UN-Bericht über die sinnvollsten Maßnahmen weltweit verfassen wird bis 2010 im Auftrag der IPCC. http://www.innovations-report.de/html/berichte/energie_elektrotechnik/bericht-79206.html
5. Biogas bringt Strom oder Wärme
17 Träume, 21.02.2007
he nachdem man es ins Gasnetz einspeist um z.B Haushalte zu beheizen oder aber Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt. Das Potential von Biogas allein liegt laut einer aktuell veröffentlichten Studie europaweit bei + 100% Ersatz des Erdgasverbrauchs + 2 Mio Arbeitsplätze zusätzlich + Wertschöpfung von 63 Milliarden € + bereits bis 2020 Kyoto allein hierdurch zu erfüllen (10% zusätzliche CO²-Einsparung) + Zusatzeinkommen für Landwirte statt subventionierten Nahrungsmittelüberschüssen http://www.zdf.de/ZDFde/inhalt/14/0,1872,4339566,00.html nicht genannter Nebeneffekt sind Speicherfähigkeit wie auch Grundlastfähigkeit, ökologischer Kreislauf möglich durch Wiederausbringung von Restkompost auf die Fläche. Das heißt sehr effizient ließen sich 25% des Primärenergieverbrauchs (ohne zusätzliche Einsparungen) bis 2020 decken. Biogas nach vorn !
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