Energiespeicher für elektrische Energie Schwungradspeicher
Energiespeicher für elektrische Energie Schwungradspeicher
Als Überbrückungsspeicher für kurzzeitige Stromausfälle werden bislang fast ausschließlich Akkumulatoren oder Notstromaggregate eingesetzt, um eine ununterbrochene Stromversorgung zu garantieren (UPS, Uninterrupted Power Supply).
Eine Alternative hierzu bilden Schwungradspeicher, wie sie z.B. das US-Unternehmen Active Power Inc. in Austin, Texas, ab 1996 unter dem Label CleanSource in einer inzwischen sehr breiten Palette zwischen 100 kW und 2 MW anbietet. Die Speicher haben leise und reibungsarm gelagerte Schwungscheiben aus Stahl und integrierte Motor-Generator-Systeme, ihr Wirkungsgrad soll 99 % betragen. Das Unternehmen arbeitet u.a. mit Caterpillar zusammen, um auf den weltweiten Markt zu kommen.
Einsatzgebiete sind neben den Netzausfällen auch das ‚power quality – local tuning’, also die Kompensation von Spannungsschwankungen, Oberschwingungen oder Unsymmetrien im Drehsstromsystem, sowie der Ausgleich von schwachen Netzen oder fluktuierender dezentraler Energieerzeugung ohne aufwendige Netzverstärkung.
Auch die amerikanische Pentadyne Power Corp. in Chatsworth, Kalifornien, arbeitet an kompakten Schwungrädern (aktive Magnetlagerung, 0,67 kW/h = 120 kW x 20 sec). Das Unternehmen stellt 1997 nach 5 Jahren Entwicklungszeit und einer Investition von 24 Mio. $ ein Schwungrad-betriebenes Fahrzeug vor. Ab 2001 wird die Technologie dann für den Einsatz zur Netzstabilisierung weiterentwickelt, die Feldtest erfolgen 2003. Ein Jahr darauf wird das erste Produkt vorgestellt: Die VSSdc+ Einheit kann für 5 Sekunden 220 kW, für 12,5 Sekunden 190 kW, für 15 Sekunden 170 kW, für 22,5 Sekunden 120 kW, oder für 45 Sekunden 60 kW liefern. Für größere Bedarfsmengen oder längere Zeiten lassen sich die Einheiten zusammenschalten. Der Vertrieb erfolgt unter dem Label ‚Liebert FS’ über das gleichnamige weltweit agierende Distributionsunternehmen.
In den USA startet 2002 ferner ein DOE-gefördertes Projekt, bei dem ein Konsortium um Boeing ein 35 kWh Aggregat realisieren soll, das mit einer supraleitender Magnetlagerung ausgestattet ist und über mehrere Minuten 100 kW Leistung liefern kann.
Auch in Japan werden Schwungräder der Leistungsklasse 0,5 bis 1 kWh entwickelt, und auch diese sind mit supraleitender Magnetlagerung ausgerüstet.
Von der Firma Aerospatiale werden serienreife Schwungradspeicheranlagen für geregelte Notstromversorgungen von Fernmeldeeinrichtungen, Krankenhäusern und kerntechnischen Anlagen angeboten. Eines dieser Modelle mit einem 350 kg schweren Rotor aus Faserverbundkunststoff speichert 1 kWh und ist vollmagnetisch gelagert.
Und bereits 1994 geben Wissenschaftler am amerikanischen Argonne National Laboratory in Illinois bekannt, daß sie für die Stromspeicherung ein nahezu reibungsfreies Lager entwickelt haben, das aus einem Dauermagneten besteht, der über dem magnetischen Feld eines Supraleiters schwebt. Der Reibungskoeffizient hat einen Wert von 0,0000009 – einige tausendmal niedriger als der der reibungsärmsten Kugellagern.
Die Beacon Power Corporation in Wilmington, Massachusetts entwickelt ein weiteres Schwungrad-Energiespeichersystem, wobei der Schwerpunkt hier mehr bei der Stabilisierung des Stromnetzes insgesamt liegt. Es werden Schwungscheiben aus Fiberglas und Karbonfasern eingesetzt, die mit 22.500 Umdrehungen pro Minute rotieren.
Im August 2006 beginnt am Forschungszentrum der Pacific Gas and Electric in San Ramon ein 4-monatiger Versuchslauf mit sieben 6 kWh Schwungscheibenspeicher, jeder von der Größe eines kleinen Kühlschranks, die innerhalb von 15 Minuten gemeinsam 100 kW Strom laden bzw. abgeben können. Der Test wird vom U.S. Department of Energy (DOE) mitfinanziert. Für größere Anlagen entwickelt Beacon Power ein 25 kW Schwungrad, das zu Clustern in Größen von 1 MW bis 20 MW zusammengeschaltet werden kann. Das Unternehmen geht davon aus, daß eine in Schwungscheiben gespeicherte Strommenge von 100 MW ausreichen würde, um mit 90 % aller Spannungsschwankungen innerhalb des kalifornischen Stromnetzes fertig zu werden. Eine Speicheranlage mit 1 MW soll etwa 1,5 Mio. $ kosten.
In Deutschland startet mit der Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) im Jahr 2000 ein Leitprojekt unter dem Namen DYNASTORE, bei dem ein Konsortium aus Industrie, Energiewirtschaft und Forschung einen energieeffizienten Schwungmassenspeicher der neuen Generation entwickeln soll.
Die 450 kg schwere Scheibe mit einer Kapazität von 11 kW/h verfügt über eine Supraleiter-Magnetlagerung, die an der TU-Braunschweig entwickelt worden ist, dreht im Vakuum und soll binnen 20 Millisekunden für bis zu 20 Sekunden 2 MW Leistung abgeben können. Bei gleichzeitig reduziertem Wartungsaufwand will man die Lebensdauer mit der Zeit auf 20 Jahre erhöhen und die Stand-by-Verluste (hier hauptsächlich zur Kühlung der Supraleiter) um den Faktor 10 reduzieren. Die Förderung beträgt 4 Mio. Euro – die andere Hälfte der Kosten trägt die Industrie.
Tatsächlich wird 2006 von der federführenden RWE-Piller GmbH ein komplett integriertes DYNASTORE-Speichermodul in Containergröße vorgestellt. Geplante Anwendung: DYNASTORE soll in Zukunft zahlreiche Diesel-Notstromgeneratoren überflüssig machen, denn die meisten Stromausfälle dauern nur wenige Sekunden.
