Forschungsprojekt StEnSEA

StEnSEA - Stored Energy in the Sea

Im Projekt Stored Energy in the Sea (StEnSea) wurde erstmalig eine neue Form der umweltfreundlichen Speicherung großer Mengen elektrischer Energie im Meer erforscht. Auf Basis einer Machbarkeitsstudie in den Jahren 2011/2012 (Prof. Horst Schmidt-Böcking und Dr. Gerhard Luther, Hochtief Engineering, Fraunhofer IEE) wurde mit Förderung des BMWK das Konzept des konventionellen Pumpspeichers auf das Meer übertragen.

Das Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk verwendet das Meer selbst als oberes Speicherreservoir. Das untere Speicherbecken wird durch einen kugelförmigen Betonhohlkörper auf dem Meeresgrund gebildet. Im Pumpbetrieb wird der Hohlkörper mit Ladestrom leer gepumpt und im Entladebetrieb über eine Turbine wieder mit Wasser gefüllt und so die gespeicherte Energie zurückgewonnen. Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise und weitere Informationen sind auf der Themenseite zu StEnSea zu finden.

 

Systemanalyse und Planung

Das Vorhaben umfasste eine detaillierte Systemanalyse mit Konstruktion, Bau- und Logistikkonzept des Druckbehälters, Entwicklung und Detailauslegung der Pumpe/Turbine, Einbindung in das Stromnetz auf Grundlage von Lastflussberechnungen, Marktanalysen und Wirtschaftlichkeitsberechnungen für einen internationalen Markt sowie die Entwicklung einer Markteinführungsstrategie und Roadmap für die technische Umsetzung.

Eine GIS-Standortanalyse (Geoinformationssystem) hat eine weltweit installierbare Speicherkapazität von rund 817 TWh ergeben, was mehr als dem 1000-fachen der heute weltweit installierten Pumpspeicherkapazität entspricht. Insbesondere eine Anwendung der Technologie in küstennahen Standorten, beispielsweise vor großen bevölkerungsdichten Regionen wie Norwegen (Norwegische Rinne), Spanien, USA und Japan, weisen ein großes Potenzial auf.

 

Potenziale und Wirtschaftlichkeit

Mit Hilfe einer techno-ökonomischen Analyse wurde die Wirtschaftlichkeit des Konzeptes über einen Parameterbereich wie z. B. Anzahl installierter Anlagen in einem Park untersucht und gezeigt, dass diese Technologie konkurrenzfähig zu den bestehenden Speichertechnologien ist.

Modellversuch im Bodensee

Darüber hinaus wurde ein 1:10 Modell des Offshore-Pumpspeichers gebaut, um das Funktionsprinzip weltweit erstmalig mit einem Modelversuch zu demonstrieren. Das Funktionsmodell wurde in einer Wassertiefe von 100m im Bodensee installiert, erfolgreich betrieben und getestet. Hierbei wurden zusätzlich Detailfragen zu Konstruktion und Bau, Installation und Logistik sowie Betriebsweise und Wartungskonzepten für das Speichersystem untersucht. Im Rahmen des Projektes untersuchte das Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen der Universität Stuttgart die technische Machbarkeit und traf eine erste Vordimensionierung für die Pumpturbine des Funktionsmodells und der kommerziellen Zielgröße. Die Kugel für den Modellversuch wurde von der Hochtief Solutions AG entworfen und gefertigt.

Der Modellversuch konnte insbesondere zeigen, dass ein Betrieb des Systems mit und ohne Druckausgleichsleitung möglich ist.

Parameter

StEnSea-System 1:10 (Bodensee)

StEnSea-System 1:1

Außendurchmesser/ m

3

30

Gewicht/ t

20

20.000

Wassertiefe/ m

100

600 - 800

Kapazität/ MWh

0,001 – 0,003

20

Leistung/ MW

0,002 - 0,004

5 - 7

Wirkungsgrad

0,40

0,80

 

Ökologische Aspekte und Sicherheitsmaßnahmen

Des Weiteren fand zur Abschätzung ökologischer Risiken eine Abstimmung  mit dem Institut für Seenforschung am Bodensee und den dortigen Behörden statt. Die ökologischen Risiken durch die eingesetzten Materialien der Betonkugel (überwiegend Stahl und Beton) sind nur gering und das Einsaugen von Tieren wurde durch eine geringe Strömungsgeschwindigkeit am Wassereintritt und ein entsprechend feinmaschiges Gitter verhindert.

In den Medien

 

Presseinformation

Fraunhofer IEE und Partner testen Kugelspeicher auf dem Meeresgrund

StEnSea in TOP 3 bei Green Awards 2019

StEnSea wurde zusammen mit zwei weiteren Projekten in der Kategorie Innovations im Finale der "Green Awards 2019" präsentiert.

Kunstprojekt begleitet Forschungsprojekt

Ein Foto vom Kunstobjekt aus Stoff zum Forschungsprojekt StEnSEA
© Velia Dietz

Die Textildesignerin Velia Dietz hat das Forschungsprojekt StEnSea im Rahmen ihres Landesgraduiertenstipendiums "textil" künstlerisch begleitet und dadurch einen völlig anderen Zugang zu dem Forschungsprojekt geschaffen. Sie hat sich sowohl von Formen und Materialien als auch von Ereignissen inspirieren lassen und die Möglichkeit einer ästhetischen Interpretation des Projekts aufgezeigt. Als Ergebnis hat die Absolventin der Staatlichen Akademie der Bildenden Künste Stuttgart die abgebildeten Stoffe entworfen.