Druckluftspeicherkraftwerk
Druckluftspeicherkraftwerke oder (korrekter) Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerke werden auch kurz Luftspeicher-Kraftwerke oder nach der englischen Bezeichnung Compressed Air Energy Storage abgekürzt CAES-Kraftwerke genannt. Weltweit werden bislang nur zwei Kraftwerke dieses Typs betrieben, in Deutschland und in den USA.
Funktionsweise
Ein Druckluftspeicherkraftwerk ist prinzipiell ein Gasturbinenkraftwerk, das Spitzenlastenergie bereit stellt. Im Unterschied zu einem für den gleichen Einsatzzweck entwickelten Pumpspeicherkraftwerk, bei dem Wasser aus einem hoch gelegenen Speichersee über Fallrohre nach unten stürzt, Turbinen und damit Generatoren antreibt, nutzt ein Druckluftspeicherkraftwerk die Energie, die in komprimierter Luft steckt.
Spitzenlastkraftwerke sind technisch aufwändige Kraftwerke und deshalb ist der in ihnen erzeugte Strom sehr teuer. Aus diesem Grunde werden diese "Rennwagen" der Kraftwerkstechnik auch möglichst selten in Anspruch genommen. Aber für den Notfall müssen sie bereit stehen.
CAES-Kraftwerke weltweit
Realisiert wurden CAES-Kraftwerke bislang nur an zwei Orten:
- Seit 1978 besteht in Elsfleth-Huntorf im Landkreis Wesermarsch am Fluss Hunte in Niedersachsen ein von der PreussenElektra AG gebautes 290 MW-Kraftwerk, das heute von E.ON vom nahen Kohlekraftwerk Farge in Bremen-Farge aus betrieben wird.
USA:
- Seit 1991 betreibt die Alabama Electric Corporation in McIntosh im Staat Alabama ein 110 MW-Kraftwerk.
Kraftwerk Huntorf
Das weltweit erste CAES-Kraftwerk wurde Ende der 1970er Jahre in Deutschland gebaut. Hier wurden in einer Tiefe zwischen 650 und ca. 800 Meter zwei Kavernen im Salzgestein herausgespült (Fachbegriff: ausgesolt). Sie haben ein Gesamtvolumen von ca. 300.000 m3. Das aufgelöste Salz (Sole) leitete man über Rohre in die Hunte. Von hier aus floss es in die Weser und nach rund 30 Kilometern in die Nordsee. Um die Belastungen für die Fische in den Flüssen niedrig zu halten (denn schließlich wurden 300.000 Tonnen Salz herausgewaschen) erstreckte sich die Aussolung über einen längeren Zeitraum.
Um das Kraftwerk startbereit zu machen, wird in Zeiten, zu denen ein Stromüberschuss besteht - Schwachlastzeiten - Luft mit einem Druck von 50-70 bar in die Kavernen gepumpt. Der Kompressor hat eine Leistung von 60 MW. Es dauert ca. acht Stunden bis der Speicher voll ist.
Wird zu Spitzenlastzeiten Elektrizität benötigt, so strömt die komprimierte Luft aus den Kavernen in die Brennkammer der Gasturbine. Gleichzeitig wird über eine Gasleitung Erdgas der Turbine zugeführt und verbrannt. Die dadurch angetriebene Turbine erzeugt über einen Generator dann Elektrizität. Die Druckluft übernimmt die Arbeit des Verdichters, der in einer Gasturbine etwa zwei Drittel der Energie verbraucht.
Das Druckluftspeicherkraftwerk Huntorf hat eine Leistung von 290 MW, das ist rund ein Viertel eines Kernkraftwerkes üblicher Größe von 1.300 MW. Über zwei Stunden kann diese Leistung abgegeben werden, dann ist der Speicher leer. Würde keine verdichtete Luft aus den Kavernen genommen, d. h. der Verdichter müsste von der erzeugten Energie angetrieben werden, so könnte das Kraftwerk mit gleicher Erdgasmenge nur 40 Minuten seine volle Leistung abgeben.
Der Vorteil eines Druckluftspeicherkraftwerkes - wie auch bei anderen Spitzenlastkraftwerken/Pumpspeicherkraftwerken - ist der, dass sie sehr schnell gestartet werden können. Innerhalb von drei Minuten steht in Huntorf 50% der Leistung und nach ca. 10 Minuten 100% der Leistung zur Verfügung. Grundlast- und Mittellastkraftwerke (= Steinkohle-, Kernkraft- und Braunkohlekraftwerke) brauchen mehrere Stunden um auf die volle Leistung zu kommen.
Kraftwerk McIntosh
Ein weiteres Druckluftspeicherkraftwerk befindet sich in den USA im Staat Alabama. Es wurde rund 10 Jahre später Anfang der 1990er Jahre erbaut. Dieses Kraftwerk kann über 26 Stunden eine Leistung von 110 MW bereit stellen. Die Luft wird hier in einer einzelnen Kaverne mit einem Volumen von 538.000 m3 gespeichert. Die lange Laufzeit von 26 Stunden lässt erkennen, dass es sich nicht um ein reines Spitzenlastkraftwerk handelt.
Bedeutung
Druckluftspeicherkraftwerke werden in Zukunft eine größere Bedeutung bekommen. Speicherseen von Pumpspeicherkraftwerken haben einen großen Flächenbedarf. Außerdem muss ein ausreichender Höhenunterschied zwischen See und dem Kraftwerk bestehen, da sonst das Kraftwerk nicht wirtschaftlich ist. Kavernen im Salzgestein beeinträchtigen die Erdoberfläche weniger als ein See und das Kraftwerksgebäude selbst ist nicht groß.
Weiterhin muss durch den Ausbau der Windenergie von ca. 14.000 MW (Ende 2003) auf geplante 25-30.000 MW eine größere Regelleistung bei den konventionellen Kraftwerken bereit stehen, falls es einmal zu einer großflächigen Flaute in Deutschland kommt. Die dann fehlende Windenergie ließe sich durch Druckluftspeicherkraftwerke ausgleichen. Zuvor müsste allerdings ein Teil der Windenergie in Form von Druckluft in den Kavernen gespeichert werden.
- Ein noch weiterer Schritt in die Zukunft ist die kommende Wasserstoffgesellschaft. Hierbei wird keine Druckluft, sondern der gasförmige Brennstoff Wasserstoff unter hohem Druck in den Kavernen gespeichert. Zuvor ist der Wasserstoff mittels der aus der Windkraft gewonnenen Elektrizität durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen worden.