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18. September 2007, 16:14 Uhr

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.

Wind und Atom - ein Schock für Öko-Fundis

Bei aller Euphorie gibt es aber auch kritische Stimmen. "Es macht keinen Sinn, die gesamte Windenergie durch den Speicher zu schleusen", sagt Fritz Crotogino von KBB Underground Technologies, einer Firma in Hannover, die sich auf geologische Speicher spezialisiert hat. Er hält Druckluft nur in Zeiten von Windüberschuss für praktikabel. Ansonsten sei es besser, den Wind direkt in Strom umzuwandeln und ins Netz einzuspeisen.

Probleme gibt es auch mit der Temperatur. Denn beim Komprimieren heizt sich die Luft auf bis zu 700 Grad auf. Herkömmliche Kompressoren brauchen deshalb aufwendige Kühlsysteme. Andererseits kühlt sich die Druckluft rapide ab, wenn sie wieder aus dem Speicher strömt. Damit aus der Turbine keine Eiswürfel plumpsen, muss man Wärme zuführen.

Neuere Techniken könnten dieses Problem allerdings lösen. Dabei wird die Energie, die beim Komprimieren frei wird, in einem Wärmespeicher zwischengelagert – und beim Dekomprimieren wieder verwendet. Der Wirkungsgrad eines solchen, sogenannten adiabaten Druckluftspeichers kann von 45 Prozent auf bis zu 75 Prozent erhöht werden.

Kurt Rohrig von der Uni Kassel ist dennoch skeptisch. "Es ist ein einfaches physikalisches Gesetz: Beim Komprimieren von Luft wird Wärme freigesetzt." Natürlich könne man versuchen, diese Wärme einzufangen. Doch selbst wenn die Leitungen perfekt isoliert wären – "Energie geht in jedem Fall verloren".

Das gibt man auch bei General Compression zu: Das Unternehmen beziffert den Energieverlust auf rund 25 Prozent. Doch die Gebrüder Marcus haben sich etwas Besonderes ausgedacht: Mit einem Trick wollen sie sich die verlorene Energie an anderer Stelle wieder holen.

Dazu nehmen die Amerikaner etwas zu Hilfe, was für Öko-Fundis niemals in Frage käme: eine herkömmliche Dampfdruckturbine, die mit Wärme aus einem Gas-, Kohle- oder Atomkraftwerk betrieben wird. Druckluft eignet sich nämlich hervorragend als Ergänzung für ein Wärmekraftwerk. Energetisch ist das wesentlich sinnvoller, als die komprimierte Luft durch eine eigene, kalte Turbine zu jagen.

Das Ergebnis ist phänomenal: Presst man die Druckluft zusätzlich in eine ohnehin laufende Dampfdruckturbine, dann erhöht sich deren Wirkungsgrad nach Angaben von General Compression um 200 bis 300 Prozent. "Das macht den anfänglichen Energieverlust mehr als wett", sagt David Marcus. Natürlich funktioniert das Gleiche auch mit Wärme aus einem Biomassekraftwerk. "Dann ist der Strom hundertprozentig grün."

In dieser Woche stellt das Unternehmen seine Neuheit erstmals in Deutschland vor. Auf der weltweit größten Windkraft-Messe in Husum ist General Compression mit einem eigenen Stand vertreten. Hauptziel: weitere Investoren finden.

Bis die Technik angewandt wird, könnte es aber noch dauern. In den nächsten Jahren soll erst einmal weiter geforscht werden, 2010 könnten dann die ersten Prototypen gebaut werden. Geht alles gut, soll die kommerzielle Produktion 2011 beginnen.

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