Bei einem Energiespeicher stehen mehrere Herausforderungen im Blickpunkt, die den Wirkungsgrad einer Energiespeicheranlage beeinflussen:

  • Zur Umwandlung gewonnener Energie in einen Energieträger, der gespeichert werden kann, wird zusätzliche Energie benötigt. Dieser Bedarf sollte so gering wie möglich gehalten werden.
  • Der Energieverlust, der sich beim Umwandlungs- und Rückverwandlungsprozess des zu speichernden Energieträgers ergibt, muss ebenfalls so gering wie möglich gehalten werden.
  • Die Anlagen selbst müssen auf wirtschaftliche Weise hergestellt, errichtet und betrieben werden können.
  • Transportverluste durch zu lange Versorgungsleistungen sollen vermieden werden. Die Speicheranlagen selbst sollten daher so klein wie möglich ausfallen, um die Akzeptanz solcher Speicher in der Bevölkerung zu erhöhen. Denn der Wirkungsgrad von Energiespeichern hängt davon ab, wie nahe sie beim Abnehmer und Verbraucher stehen.

Wie funktioniert ein kryogener Speicher?

Gewonnene Energie, zum Beispiel Wind- oder Solarenergie, wird eingesetzt, um das Medium Luft auf extreme Minustemperaturen herunterzukühlen. Die Luft verflüssigt sich bei diesem Prozess, was gleichzeitig mit einer deutlichen Volumenreduktion einhergeht. Die Luft kann in diesem Aggregatzustand in extrem kalten, kryogenen Tanks gelagert werden.

Wenn die flüssige Luft wieder erwärmt wird, dehnt sie sich beim Erreichen des ursprünglichen gasförmigen Aggregatzustands mit großer Kraft wieder aus. Mit dieser Kraft können Turbinen angetrieben werden, die Strom erzeugen.

Ingenieure des Münchener Unternehmens Linde AG haben einen solchen kryogenen Speicher mit angeschlossener Turbine als Pilotprojekt auf den Weg gebracht und können mit erstaunlichen Ergebnissen aufwarten. 

Der Aufbau einer kryogenen Speicheranlage

Die Anlage besteht aus drei Hauptkomponenten:

  • einer Ladeeinheit, in der die Luft durch Abkühlung auf minus 190 Grad Celsius verdichtet und verflüssigt wird,
  • einem Kältespeicher und
  • einer Entladungseinheit mit Turbinen.  

Wenn Strom benötigt wird, übt eine Pumpe Druck auf die flüssige Luft aus, bringt sie auf diese Weise zum Erwärmen. Die Ausdehnungskraft treibt die angeschlossenen Stromturbinen an.

Was sich als technische Verfahrensweise einfach anhört, spiegelt sich tatsächlich auch im recht einfachen Aufbau einer solchen Anlage wider. Denn sie funktioniert unter Einsatz von Materialien und Komponenten, die bereits in anderen Bereichen erprobt und bewährt sind. Da zur Aktivierung des Energiespeichermediums lediglich Wärme benötigt wird, lässt sich der Wirkungsgrad einer kryogenen Energiespeicher-Anlage deutlich optimieren. Denn die benötigte Wärme zur Rückverwandlung der flüssigen Luft in Gas können andere Industrieanlagen als Abwärme, also Fernwärme zur Verfügung stellen.

Zudem können die Speichertanks problemlos in unterschiedlichen Größen überall dort aufgestellt werden, wo Bedarf an Energiespeichern besteht und optimale Bedingungen gegeben sind, um vorhandene Abwärme anderer Anlagen nutzen zu können. 

Kryogene Speicher als Weiterentwicklung der Pumpspeichertechnologie

Dem kryogenen Energiespeicher liegt ein der Pumpspeichertechnologie ähnliches Verfahren zugrunde, das allerdings in deutlich aufwendigerer Form an weltweit nur zwei Standorten erfolgreich im Einsatz ist. In Deutschland wurde bereits Ende der 1970er-Jahre im niedersächsischen Huntorf ein Pumpspeicherwerk in Betrieb genommen, das bis heute aktiv ist, um als Energievorratsspeicher Bedarfsschwankungen auszugleichen. Als Tank für die komprimierte Luft dienen hier zwei Salzsteinkavernen in einer Tiefe bis zu 800 Metern. Ein ähnliches Pumpspeicherkraftwerk befindet sich in McIntosh, Alabama. Beide Kraftwerke unterscheiden sich vom kryogenen Verfahren dadurch, dass sie die Luft zu einem deutlich geringeren Grad komprimieren, wodurch die zurückgewonnen Kraft für die Stromturbinen auch entsprechend geringer ausfällt. Mit den unterirdischen Kavernen steht allerdings auch genügend Speicherraum zur Verfügung, um trotzdem eine hohe Nennleistung zu erreichen. In Huntorf liegt sie immerhin bei über 300 Megawatt.

Das kryogene Verfahren zeigt aber gerade im direkten Vergleich mit der „herkömmlichen“ Pumpspeichertechnologie seinen entscheidenden Vorteil: die Unabhängigkeit von Standorten, wo solche natürlichen Bedingungen vorzufinden sind. 

Fazit: Hochentwickelte Kältetechnik kann die Zukunft sauberer Energien beflügeln

Im Prinzip ist die kryogene Speicherung auch wegweisend für Antriebsaggregate in Transportfahrzeugen – sofern sie zukünftig überhaupt noch eine Rolle spielen. Kryogene Energiespeicher haben durchaus das Potenzial, die Wasserstofftechnologie für Brennstoffzellen als Hoffnungsträger für zukünftige Antriebstechnologien abzulösen. Allerdings sehen viele Experten im strombetriebenen Elektromotor die Zukunft des Automobils. Elektrofahrzeuge erreichen bereits heute schon erstaunliche Reichweiten – und könnten sich im Wettrennen um die zukünftige Motorentechnologie am Ende als Sieger behaupten. Denn auch die Stromakkus werden sich weiterentwickeln. Es kommt dann umso stärker darauf an, durch Speichertechnologien den steigenden Strombedarf abzudecken – kryogene Speicher könnten dazu einen wertvollen Beitrag leisten.