Mit dem zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien hat sich die Entwicklung von Langzeitspeichern zu einem wichtigen Trend entwickelt. Die technischen Ansätze für großtechnische Langzeitspeicher lassen sich in fünf Kategorien einteilen: Pumpspeicherkraftwerke, Flüssigsalzspeicher, Flüssigstromspeicher, Druckluftspeicher und Wasserstoffspeicher. Pumpspeicherkraftwerke sind derzeit am weitesten entwickelt, doch Druckluftspeicher bieten Vorteile wie große Skalierbarkeit, hohe Effizienz, niedrige Kosten, Umweltverträglichkeit und saubere Nutzung sowie die Unabhängigkeit von geografischen Grenzen und werden voraussichtlich eine Ergänzung zu Pumpspeicherkraftwerken darstellen.
Die Druckluftspeicherung zählt zu den Langzeitspeichern und ermöglicht Lade- und Entladezyklen von mehr als vier Stunden, Tagen oder Monaten. Ihre herausragenden Vorteile liegen in der Regulierung von Schwankungen in der neuen Energieerzeugung.
Laut XuYuJie, Direktor des Forschungs- und Entwicklungszentrums für Energiespeicherung am Institut für Technische Thermophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, wird das chinesische Stromnetz zukünftig hauptsächlich auf erneuerbaren Energien basieren. Windkraft, Photovoltaik und andere erneuerbare Energien unterliegen Schwankungen und intermittierenden Stromerzeugungsraten. Ein großflächiger Netzanschluss birgt daher Sicherheitsrisiken. Energiespeichersysteme als flexible Regelressourcen sind daher unerlässlich, um das Stromnetz zu stabilisieren. Druckluftspeicher spielen dabei eine besonders wichtige Rolle.
„Druckluftspeichertechnologie ist nicht neu. Traditionelle Druckluftspeicher werden in Deutschland und den USA seit vielen Jahren eingesetzt. Allerdings sind sie von fossilen Brennstoffen abhängig, benötigen große natürliche Höhlen und weisen eine geringe Speichereffizienz auf, was ihren großflächigen Einsatz bisher eingeschränkt hat“, erklärte Xu Yujie. Chinas fortschrittliches Druckluftspeichersystem hingegen recycelt komprimierte Wärme, kommt ohne fossile Brennstoffe aus und kann in verschiedenen Formen genutzt werden, beispielsweise als oberirdische Speicher, künstliche Kammern oder unterirdische Speicher in natürlichen Höhlen. Darüber hinaus verbessert das System die Speichereffizienz erheblich.
China hat mit fortschrittlicher Druckluftspeichertechnologie das weltweit erste Demonstrationskraftwerk dieser Art errichtet und erfolgreich ans Stromnetz angeschlossen. Das Kraftwerk befindet sich im Kreis Zhangbei in der Provinz Hebei und ist das weltweit größte und leistungsstärkste seiner Art. Es kann jährlich bis zu 132 Millionen kWh Strom erzeugen und damit die Spitzenlast von rund 50.000 Verbrauchern abdecken. Gleichzeitig spart es jährlich 42.000 Tonnen Standardkohle und reduziert die Kohlendioxidemissionen um 109.000 Tonnen.
Welche Vorteile bietet die Speicherung von Druckgas gegenüber anderen neuen Energiespeichertechnologien? Zusammenfassend lässt sich sagen: Sicherheit, lange Lebensdauer und hohe Sprengkraft. Druckgasspeicher zeichnen sich vor allem durch ihre hohe Sicherheit aus. Nehmen wir beispielsweise die Speicherung von verflüssigtem Kohlendioxid: Da Kohlendioxid sehr einfach zu verflüssigen ist, benötigt die Speicherung nur wenige Megapascal Druck. Die Gefahr einer Hochdruckspeicherung besteht somit nicht. Zudem ist Kohlendioxid ungiftig, nicht brennbar und nicht explosiv, was die Sicherheit erheblich erhöht. Darüber hinaus erreichen Druckluftspeichersysteme aufgrund ihrer rein mechanischen Funktionsweise bei normaler Wartung eine Lebensdauer von 30 bis 50 Jahren. „Die Speicherung von Druckluft basiert auf einem physikalischen Prozess, der auf thermischen Zyklen beruht. Dies bietet natürliche Vorteile hinsichtlich Sicherheit und Leistungsabfall und macht sie zu einer der vielversprechendsten Technologien für die großtechnische Energiespeicherung.“ Aufgrund dieser Vorteile erklärte Chen Haisheng, Forscher am Institut für Technische Thermophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dass die Anwendung der Druckluft-Energiespeichertechnologie von großer strategischer Bedeutung sei und eine enorme Marktnachfrage für die Verwirklichung der dualen Kohlenstoffstrategie des Landes und die Verbesserung der natürlichen Umwelt bestehe.
Erwähnenswert ist die relativ hohe Energiedichte von Druckluftspeichern. Dies kann in bestimmten Anwendungen direkt genutzt werden. Bei Dieselmotoren großer Schiffe beispielsweise wird Druckluft üblicherweise in einem Druckbehälter gespeichert und über ein spezielles Anlassventil direkt auf den Kolben geleitet, um die Kurbelwelle vor der Kraftstoffeinspritzung zu drehen. Diese Anordnung ist kompakter und kostengünstiger als ein elektrischer Anlasser gleicher Größe und kann die erforderlichen extrem hohen Leistungsspitzen bereitstellen, ohne den Schiffsgenerator und das Verteilsystem übermäßig zu belasten.
Im Bereich der Druckluftspeichersysteme verstärkt China die groß angelegten Demonstrationsprojekte und Anwendungen, sammelt Erfahrungen im Bereich der Konstruktion und des Baus und entwickelt eine vollständige und ausgereifte industrielle Wertschöpfungskette, um deren Bau und Anwendung weiter zu beschleunigen.
Veröffentlichungsdatum: 14. September 2023
