Ein innovatives System für die dezentrale Stromspeicherung wird aktuell an der Universität Innsbruck im Arbeitsbereich Wasserbau entwickelt und demonstriert. Der Powertower ist ein hydraulischer Energiespeicher, der auf der erprobten Technologie von Pumpspeicherkraftwerken basiert und mit einem ähnlich hohen Wirkungsgrad arbeitet. Die Energiespeicherung erfolgt über die Erzeugung potentieller Energie – im Gegensatz zu Pumpspeicherkraftwerken ist dafür jedoch kein topographischer Höhenunterschied notwendig. Das flexible System kann unabhängig vom Geländeverlauf zum Einsatz kommen und lässt sich gut in neue dezentrale Energieversorgungsstrukturen integrieren, z. B. bei Windkraftanlagen oder als dezentraler Speicher direkt angebunden an Ortsnetze oder Industrienutzungen.
Einfaches Funktionsprinzip
Zur Erzeugung von potentieller Energie wird ein Auflastkolben in einem mit Wasser gefüllten Zylinder mittels einer Pumpe vertikal angehoben. Beim Absinken der Auflast wird eine Turbine angetrieben und die rückgewonnene Energie ins Netz gespeist. Je schwerer die Auflast ist, desto mehr Energie kann im System gespeichert werden. Ist die Auflast halb so hoch wie der Außenzylinder ergibt sich der maximale Energieinhalt für das System. Die Zyklenanzahl ist dabei unbegrenzt und Lastwechsel sind schnell umsetzbar. Aufgrund der einfachen, robusten Bauweise ist für den Powertower eine lange Lebensdauer (> 50 Jahre) bei geringen Betriebskosten zu erwarten. Die Speichergröße ist skalierbar und kann den jeweiligen Einsatzgebieten entsprechend angepasst werden. Bei größerem Speicherbedarf können mehrere Powertower im Verbund angeordnet und gemeinsam gesteuert werden. Dadurch erhöht sich auch die Wirtschaftlichkeit des Konzepts.
Modellversuche
Die Funktionsfähigkeit des Systems als Kurzzeitspeicher zum Ausgleich von Spannungsschwankungen und fluktuierender Netzeinspeisung konnte an der Universität Innsbruck im Rahmen von mehreren Modellversuchen demonstriert werden. Für die Entwicklung bis hin zur Marktreife ist ein Stufenplan vorgesehen.
Der erste Modellversuch wurde mit einer externen Pumpturbine umgesetzt. Dabei kam ein mit Wasser gefüllter 2,20 Meter hoher Plexiglaszylinder mit einem Durchmesser von 0,64 Metern und einem 1,5 Tonnen schweren, senkrecht verfahrbaren Auflastkolben aus Stahl zum Einsatz. Der Powertower im zweiten Modellversuch ist 6 Meter hoch, hat einen Durchmesser von 2,30 Metern und wurde aus Schwerbetonfertigteilen, mit innenliegender Pumpturbine errichtet. Das Zylinderrohr besteht hier aus glasfaserverstärktem Kunststoff.
Von Bedeutung für die Funktionsfähigkeit des Powertowers ist unter anderem das Dichtungssystem. Es sorgt dafür, dass die Reservoire über und unter dem Kolben voneinander hydraulisch getrennt werden und somit immer ein Druckunterschied vorliegt, der im Turbinenbetrieb zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Für große Powertower werden flexiblere Dichtungen notwendig werden, die größere Unebenheiten der Rohrwandung ausgleichen können.
Aktuell ist ein Großversuch in Vorbereitung, bei dem ein Powertower mit einer Höhe von 20 bis 30 Metern und einem Durchmesser von etwa 15 Metern realisiert werden soll. Zielsetzungen sind dabei der funktionelle Nachweis im halbtechnischen Maßstab, die Weiterentwicklung der Dichtungs- und Führungskonzepte sowie die Optimierung der Bau- und Maschinentechnik. Die Entwicklung eines Prototyps mit 50 bis 100 Metern Höhe und einer Speicherkapazität von > 1 MWh soll darauf folgen. Bis 2020 wird die Markteinführung mit der Möglichkeit zur Clusteranordnung von mehreren Powertowern angestrebt.