Forscher der TU Graz entwickeln „Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk“

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Forscher der TU Graz entwickeln Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk
Quelle: Staudacher - TU Graz

Ein an der TU Graz entwickeltes System nutzt Wasser als elektrisches und thermisches Speichermedium. Dazu kombinieren die Forscher um Franz Georg Pikl, Doktorand am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, die Vorteile der Pumpspeichertechnologie und Fernwärmespeicher führt sie in einem „Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerk“ zusammen. Wie die TU Graz mitteilte, speichert und liefert dieses neue System bedarfsgerecht Elektrizität, Wärme- und Kälteenergie.

Aktuell ist Pikl auf der Suche nach Energieversorgern und Unternehmen, die gemeinsam mit ihm einen Prototyp des Heißwasser-Pumpspeicherkraftwerks errichten. „Die berücksichtigten Technologien sind seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz, jedoch ist noch niemand auf die Idee gekommen sie zu koppeln“, sagte er. „Unser System könnte ein Baustein für eine sichere erneuerbare Energiezukunft sein und wäre dafür eine energieeffiziente und umweltverträgliche Maßnahme. Die Bauwerke können sehr lange genutzt werden und sich somit klimatisch abschreiben“.

Pumpspeicher werden in den Untergrund verlegt

Erstes Element im Konzept ist ein Pumpspeicherkraftwerk, dessen Funktionsprinzip vollständig in den Untergrund verlegt wird. Durch unterirdische Tunnelsysteme werden die für die Stromerzeugung notwendigen Niveauunterschiede zwischen den beiden Speicherbecken topografieunabhängig erreicht. Das minimiert nach Angaben der TU Graz den Flächenbedarf, vereinfacht die Standortfindung und erleichtert die nötigen Genehmigungsverfahren.

Großtechnische Fernwärmespeicher, in denen thermische Energie gespeichert wird, bilden die zweite Komponente des neuen Speicherkonzepts. Wasser dient dem unterirdischen Pumpspeicherkraftwerk aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität nun als zusätzlicher thermischer Energiespeicher. Gespeichert wird erneuerbare Energie, die das Wassers auf bis zu 90 Grad Celsius erhitzt. Die Einspeicherung und Nutzung der thermischen Energie erfolgt mit Wärmetauschern, die in den unterirdischen Wasserspeichern installiert sind. In Zeiten großen Wärmeenergiebedarfs gelangt die Wärme schließlich über Fernwärmeübertagungsleitungen direkt zum Endkunden.

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Heißwasser-Pumpspeicherwerk um Fernkältetechnik ergänzt

Franz Georg Pikl hat das Konzept noch um die Fernkältetechnik ergänzt, die zum Kühlen von Gebäuden immer bedeutsamer wird, und setzt dabei Absorptionskältemaschinen ein. Bei Bedarf – also an heißen Tagen – dient das heiße Wasser dem Antrieb dieser Maschinen zur Kälteenergieerzeugung und wird über Fernkälteleitungen zu den Kunden geliefert. Für die ständige Kälteenergieversorgung in entsprechenden Klimazonen kann das beschriebene System modifiziert werden, indem das Wasser des Pumpspeicherkraftwerks gekühlt wird: die angepasste Variante eines „Kaltwasser-Pumpspeicherkraftwerks“, sozusagen.

Ökologische und ökonomische Vorteile

Technische und energiewirtschaftliche Machbarkeitsstudien attestieren diesem hybriden Speicherkonzept eine hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit. „Durch die Kombination der an sich schon sehr effizienten Systeme mit Wirkungsgraden der elektrischen und thermischen Energiespeicherung von jeweils rund 80 Prozent steigert sich der Energieumsatz bei gleichem Ressourceneinsatz gegenüber der separaten Umsetzung deutlich“, so Pikl. „Mit dieser entwickelten Energiespeicherzentrale kann eine Vielzahl von erneuerbaren Energieträgern über netzgebundene Energieinfrastruktur gebündelt werden, um den Herausforderungen der Energiewirtschaft gerecht zu werden“. Außerdem zeichne sich die Anlage durch eine hohe Rentabilität aus. „Die Amortisationszeit ist kürzer als bei herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerken“, sagte Pikl weiter.

Auch der ökologische Ansatz macht das Projekt interessant: Das Kraftwerk kann emissionslos betrieben werden, verbraucht keine Freifläche und greift nicht in den Wasserhaushalt von natürlichen Gewässern ein. Das erleichtert die Umweltverträglichkeit.

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