Größtes Hindernis zur Energiewende ist der extreme Mangel an Speicherkapazität. Die zur Zeit einzigen Speicher mit nennenswertem Speichervolumen sind Pumpspeicher.
Da diese funktional zwei Speicherbecken in unterschiedlichen Höhenlagen benötigen und deshalb nur in gebirgigem Gelände errichtet werden können, ergeben sich für den Bau weiterer Pumpspeicher bundesweit nur 20 bis 30 Standorte. Durchsetzbar ist davon aktuell wohl keiner. Wirkliche Durchbrüche lassen sich nur durch neue Denkansätze in den Speicher-Technologien erreichen.
Die mit Abstand besten Ergebnisse, so der Entwickler Gernot Kloss, erzielen Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil, die die Vorteile herkömmlicher Pumpspeicher und Lageenergie-Speicher in optimierter Form nutzen. Sie sind seiner Meinung nach allen bekannten Energiespeichern leistungs- und kostenmäßig weit überlegen.
Auf und ab per Schieber
Grafik: Gernot Kloss
Beim Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil handelt es sich um eine mit Wasser gefüllte, nach oben hin offene Außenschale mit innen liegendem, auf der Wasseroberfläche schwimmenden Speicherteil mit Außendichtung und einer in seiner Bodenmitte befindlichen Öffnung mit Steigrohr sowie einem darin befindlichen Schieber. Für den Arbeitstakt wird der Schieber geöffnet. Aufgrund der Schwerkraft verdrängt das Gewicht des schwimmenden Speicherteils und seiner Aufbauten das darunter befindliche Wasser, drückt dieses durch das Steigrohr, wobei es eine Turbine mit einem angeschlossenen Generator antreibt.
Von hieraus strömt das Wasser in das schwimmende Speicherteil, füllt erst dieses, dann den darüber liegenden Speicherraum, wodurch sich das Gewicht des schwimmenden Speicherteils kontinuierlich erhöht. Dem entsprechend nimmt der unterhalb auf die Turbine einwirkende Wasserdruck zu. Nachdem das schwimmende Speicherteil geflutet auf dem Boden aufliegt, wird der Schieber geschlossen.
Danach werden die sich im und oberhalb des schwimmenden Speicherteils befindlichen Wassermassen abgepumpt und unterhalb seines Bodens wieder eingeleitet, wobei unter Hilfe der Auftriebskraft das schwimmende Speicherteil gegen den Widerstand des auf ihm ruhenden Wassers nach oben gedrückt wird.
Da bei diesem Hebevorgang das Wasser-Volumen von Maximum auf Null abnimmt, muss nur das halbe Wassergewicht und das durch die Auftriebskraft reduzierte Gewicht des schwimmenden Speicherteils gehoben werden. Und das nur in eine geringe Höhe. Ein weiterer Vorteil liegt in dem hohen Arbeitsdruck, der sich aus dem Gewicht des Speicherteils und dem nachfließenden Wasser ergibt. Insgesamt ergeben sich durch das Nutzen der in der Auftriebs- und Schwerkraft vorhandenen Energie (Patent DE 10 2012 011 954) hohe, kostenlose Energie-Überschüsse.
Deutliche Vorteile
Gegenüber herkömmlichen Pumpspeichern mit zwei Becken weisen Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil folgende Vorteile auf, so Kloss:
- Von der Geländeform unabhängige Standortwahl
- Hohe Bürgerakzeptanz durch filigranes Erscheinungsbild (ähnlich Regen-Rückhaltebecken)
- Schonung der Umwelt – weniger als 50 Prozent des Platzbedarfs herkömmlicher Pumpspeicher
- Je nach Bodenart – bis zu 60 Prozent geringere Baukosten trotz höherer Leistung
- Geringe Wartungs- und Instandhaltungskosten
- Sehr geringe Druckverluste durch das Einsparen langer Druckwasser-Rohre bzw. ‑Stollen
- Der mechanische Wirkungsgrad beträgt aufgrund der neuartigen Bauform über 90 %
- Durch Nutzen der Schwer- und Auftriebskraft beträgt die Abgabeleistung weit über 100 %.
Der Wirkungsgrad herkömmlicher Pumpspeicher beträgt maximal 75 – 80 %, der von Kohle-Kraftwerken 40 – 45 % und der von Gas-Kraftwerken 55 – 60 %. Zudem gibt es noch eine reihe technischer Vorteile, da die Drücke und damit die Belastungen auf das Maschinenmaterial nicht so stark sind wie bei herkömmlichen Pumpspeichern.
„Der Bau dieses Speichers kostet zirka 50 Millionen Euro, die nur von Großunternehmen gestemmt werden können”, so Erfinder Kloss. Diese seien aufgrund der jetzigen Gesetzeslage in Deutschland nicht leicht zu finden. Zudem stünden einer raschen Verwirklichung in Deutschland hemmende Strukturen in der Politik und Wirtschaft entgegen. Kloss rechnet damit, dass diese Speicher-Technologie wohl zuerst in China verwirklicht wird.
Mit smarten Technologien, die auch zur Steuerung von Stromspeichern einzusetzen sind, befasst sich auch Energieblogger-Kollege Björn Katz hier auf seinem Blog Stromauskunft.
Für Herrn Schlatter: Die Energiewende wird maximal von Politikern in Berlin und einigen Lobbyisten diskreditiert, mit Sicherheit nicht von mir. Dies hier ist ein Ort auch zur Vorstellung neuer Technologien für die Energiewende. Über die kann und soll man diskutieren, was ja an diesem Beispiel hier ganz gut funktioniert. Dies ist jedoch kein Ort für Denkverbote und Zensur. Er ist im besten Sinne ideologiefrei.
Sie haben meine vollste Zustimmung was Denkverbote und Zensur betrifft. Ideen sollen sich einer in einer offenen Diskussion bewähren müssen.
Jedoch rate ich (nach dieser Diskussion hier) davon ab, diese Idee als Lösung der Speicherprobleme im flachen Deutschland weiter zu propagieren. Sie verliert haushoch gegen alles. Tesla Powerwall ist kleiner, billiger und praktischer (wenn auch – aus meiner Sicht – auch noch zu teuer). Stauseen in Norwegen sind auch besser.
Lieber Herr Schlatter, ich habe den Eindruck, Sie haben das Prinzip meines Patents immer noch nicht verstanden. Im Übrigen, was das Patentamt betrifft, Naturgesetze brauchen in einer Patentschrift nicht erörtert zu werden.
Nun zum Thema: Stellen Sie sich zwei untereinander verbundene mit Wasser gefüllte Behältnisse vor, bei dem das eine eine angenommen tausendfach größere Grundfläche hat und dadurch ein viel größeres Wasservolumen aufweist. Beide haben wegen des gleichen Druckes einen gleich hohen Wasserspiegel. Nun presse ich mittels einem Kolben das gesamte Wasser aus dem großen Behältnis in das das kleine Behältnis. Dieses muss, um das gesamte Wasservolumen aufnehmen zu können, entsprechend seiner kleinen Grundfläche eine tausendfach größere Höhe haben als sein ursprünglicher Wasserstand. Nach dem gleichen Prinzip arbeitet mein Pumpspeicher.
N.S. Dies wird meine letzte Antwort sein. Ich möchte nicht weiter erklären müssen, weshalb Wasser bergab und nicht bergauf fließt.
Ich verstehe nicht, was Sie meinen.
Jedoch habe ich rasch die Energiedichte eines solchen Speichers mit 30 Metern Wassertiefe (10 Stockwerke) und einem 10 Meter dicken Betondeckel abgeschätzt: 1.25 kWh/m2.
Um 1 Monat Windstrom einer einzigen Turbine zu speichern (1 MW x 30 x 24h = 720 MWh) braucht man also ein Becken mit etwa einem halben Quadratkilometer Grundfläche!
Bei einem GW brauchen wir schon 500 km². „Hohe Bürgerakzeptanz” ist da nicht gegeben.
Diese Idee wird zur Energiewende leider doch nichts beitragen können.
Zum Verständnis: Nach Fluten des schwimmenden Speicherteils drückt bei einem inneren Speicher-Durchmesser von angenommen 200 m bereits ein Gewicht von rund 62.800 t auf die darunter befindliche Wasserfläche. Dieser Druck entlädt sich in Form einer Wassersäule (hydraulischer Druckausgleich), die durch das Steigrohr gedrückt wird und so die Turbine antreibt. Nimmt man einmal einen Turbinen-Durchfluss von 4 qm an, ergibt dies eine Wassersäule von 15.700 m Höhe, die sich durch den Wasserzufluss oberhalb des Speicherteils weiter erhöht. Zu wenig um eine Turbine anzutreiben?
Ah, in diesem Forum trifft man sogar den Erfinder persoenlich. Freut mich 🙂
Ich habe mich vielleicht etwas undeutlich ausgedrueckt: Ich habe im vorherigen Beitrag den Energie-Inhalt des Speichers betrachtet, nicht die Leistung die er erbringen kann. Mit „Turbine” meinte ich die Windturbine, deren Strom es zu speichern gilt (damit der Strom eben nicht ausbleibt, wenn der Wind mal nicht weht). Fuer diese nahm ich 1 MW Leistung an bzw. 1 GW (dann in Form von einem Windpark, zum Beispiel).
Ihre Aussage, dass man mit Hydraulik den Druck erhoehen kann, verbluefft mich etwas. Koennen Sie das naeher erlaeutern?
Mit Hydraulik kann man keinen Druck erhöhen, man kann diesen nur weiterleiten.
Als Antwort auf Ihre Frage, ein für alle verständliches Beispiel: Die Wasserpistole (Vergleiche zum Speicher stehen in Klammern). Bei ihr wird durch Druck (Gewicht) eines großflächigen Kolbens (schwimmender Speicherteil) Wasser bewegt. Dabei wird das durch den Kolben (schwimmender Speicherteil) verdrängte Wasser durch eine kleinflächige Düsenöffnung (Steigrohr) gepresst. Da Wasser sich nicht komprimieren lässt, muss es seine Geschwindigkeit stark erhöhen, um durch die enge Düsenöffnung (Steigrohr) zu kommen. Die Druckenergie wandelt sich lediglich in Bewegungsenergie um. Je größer die durch den Kolben (Speicherteil) verdrängte Wassermenge ist, die durch die Düsenöffnung (Steigrohr) gepresst wird, um so größer ist deren Geschwindigkeit und somit die Länge (Höhe) des austretenden Wasserstrahls.
Es tut mir leid, aber das stimmt nicht. Und – was mich sehr irritiert – Sie und/oder das Patentamt wissen das (siehe unten).
Die Geschwindigkeit (und damit die „Spritzhöhe”) hängt einzig und allein vom Druck ab. Der relevante Druck hängt einzig und allein von Gewicht und Querschnitt des Deckels ab. Der Rohrquerschnitt spielt keine Rolle; das Verhältnis Rohrquerschnitt zu Deckelquerschnitt ebensowenig. Wieviel Wasser auf der Oberseite ist höchstens indirekt (wenn man den Generator ungünstig montiert).
Die Wasserpistole übersetzt zwar sehr wohl die niedrige *Geschwindigkeit* des Abzugs in eine viel höhere Wasserstrahlgeschwindigkeit. Wenn Sie aber weiter spritzen wollen hilft alles nichts: Sie müssen einen höheren *Druck* aufbringen. Das Loch der Düse zu verkleinern führt zwar sehr wohl dazu, dass Sie bei gleicher Abzugs*geschwindigkeit* eine höhere Strahlgeschwindigkeit erreichen. Aber die kleinere Düse führt gleichzeitig eben auch dazu, dass Sie mehr Druck aufbringen müssen, um diese gleiche Abzugsgeschwindigkeit zu erreichen.
Für Ihren Speicher bedeutet das: Eine Wassersäulenerhöhung ergibt sich nicht. Die Druckdifferenz, die Sie ausnutzen, ist diejenige zwischen Ober- und Unterseite des Deckels.
Bei einem 10 Meter starken Betondeckel ergeben sich ca. 25 m Wassersäule. Wenn Sie den Generator über dem oberen Wasserspiegel montieren, müssen Sie diese Höhendifferenz noch abziehen!
Zum Abschluss noch eins: In Ihrem Patent steht von diesem Wassersäulenverstärkungseffekt gar nichts drin – obwohl das ja der eigentliche Clou wäre hinter Ihrer Idee. Unter diesen Umständen müsste er als Patentanspruch Nr. 1 aufgeführt sein. Ist er aber nicht. Keiner der Patentansprüche betrifft die Wassersäulenverstärkung. Ja sie ist noch nicht einmal in der Beschreibung erwähnt!
Herr Urbansky: Sie sollten nicht die Energiewende diskreditieren mit dem Propagieren solcher Ideen.
Wie Sie hier nachlesen können, lässt sich mit dem hydraulischen Prinzip die Kraft vervielfachen. Jedoch bleibt der Druck (also die Wassersäule) erhalten:
http://www.techniklexikon.net/d/pascalsches_gesetz/pascalsches_gesetz.htm
Zusätzlich zur geringen Energiedichte habe ich daher auch noch Bedenken, dass Sie nicht genügend Druck erhalten. Insbesondere wenn Sie den Generator so hoch oben anbringen: Da verlieren Sie ja wieder Wassersäule.Wenn Sie nicht aufpassen, wird sie sogar <0!
Interessant finde ich das auch. Nur kurz zum Wirkungsgrad: Hier geht es um das Zusammenrechnen von Abtriebs- ud Auftriebsrkäften, die über 100 % betragen könnten, der Wirkungsgrad kann dies natürlich nicht sein. Dieser ist mit 90 % einen Stichpunkt zuvor beschrieben.
Die Idee klingt interessant. Die höhere Energiedichte im Vergleich zukonventionellen Pumpspeichern kann ich nicht glauben: An die Höhendifferenz von ca. 1000 m kann dieses Konzept doch kaum herankommen.
Und der Wirkungsgrad von >100% ist – mit Verlaub – Blödsinn. Das wäre ein Perpetuum Mobile. Im Patent steht davon allerdings auch gar nichts drin.