Seite 7: Alternative geotechnische Speichersysteme

Pumpspeicher und Ringwallspeicher beanspruchen relativ große zusammenhängende Landflächen. Sie können Ängste vor Dammversagen hervorrufen und lösen häufig heftige Proteste und Einwendungen bei der Bürgerschaft aus, sobald entsprechende Planungen bekannt werden.

Der unterirdische, in Abbildung 18 skizzierte Stülpmembranspeicher beansprucht bauartbeding nur einen Bruchteil der Landfläche eines Pumpspeichers. Im Falle einer Havarie stellt er keine Gefahr dar, weil bauartbedingt kein Wasser auslaufen und Überschwemmungen hervorrufen kann.

Wegen der unabhängig vom Ladezustand stets gleichen Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckbereich unter der Stülpmembran und dem drucklosen Wasservolumen darüber, kann auch das Pumpturbinensystem besser als bei klassischen Pumpspeichern ausgelegt und ausgelastet werden.

Im Gegensatz zu Power-to-Gas Konzepten ist hierbei die Wärmenutzung zeitlich völlig entkoppelt von der Stromspeicherung verfügbar.

Die in Abbildung 18 rechts dargestellte Ausführung mit halbkugelförmiger Kolbenunterschale könnte sich als kostengünstiger herstellbar erweisen. Auch in dieser Ausführung ließe sich das System im Parallelbetrieb als saisonaler Wärmespeicher ausbauen und nutzen.

Beispielhaft könnte der in Bild 18 gezeigte Stülpmembranspeicher folgende technische Daten aufweisen:

• Kolbendurchmesser 150 m, Kolbenhöhe 275 m, Hubweg 200 m Flächenbedarf mit Hügel aus Aushub und Umgriff 20 ha, eigentlicher Speicher 3 ha
• Stromspeicherkapazität 3,6 GWh, überbrück 14 Tage für über 14.000 Einwohner
• Wärmespeicherkapazität über 93 GWh zur vollkommen regenerativen Wärmeversorgung für über 9000 Einwohner

Der Spalt zwischen Kolben und Einfassung, in dem die wasserundurchlässige Stülpmembran für die Trennung der beiden Druckbereiche sorgt, ist in den Prinzip-Skizzen von Abbildung 18 zur Veranschaulichung übertrieben groß dargestellt. Er hätte etwa zwei Meter und ermöglicht die reibungsfreie Bewegung des Kolbens bei Veränderung des Speicherladezustands.

Der Spalt ermöglicht den Einbau von Wärmeübertragern zur gleichzeitigen Nutzung des Systems als saisonaler Wärmespeicher.

Das Wasser wird mit Sonnenkollektoren auf den Dächern der versorgten Ortschaft im Sommer bis über 90° C erwärmt. In der Heizperiode des Winters kann über einfache Umwälzpumpen die Wärme entnommen werden indem das Wasser langsam auf etwa 70° C abgekühlt wird.

20°C Temperaturdifferenz liegt der im Beispiel angegebenen Wärmespeicherkapazität zu Grunde.

Die Untergrundumgebung dient als Wärmedämmung. Aufgrund der Systemgröße sind die Wärmeverluste an die Umgebung von untergeordneter Bedeutung.

Die Herstellung des Speichersystems in Siedlungsnähe ließe sich in einem weitgehend automatisierten Prozess realisieren.

Die rotierende Masse des Motorgenerators und der Pumpturbine können bei entsprechender Systemauslegung auch stabilisierende Aufgaben für das Stromnetz übernehmen.

Neue Techniken müssen für den Bau von Stülpmembranspeichern nicht erfunden werden. Vielmehr sind bekannte Techniken nur anders als bisher anzuwenden.

Im Gegensatz zu Pump- oder Ringwallspeichern, welche die potentielle Energie von Wasser ausnutzt, wird beim Stülpmembranspeicher im Untergrund ein freigeschnittener Kolben wiederum mit Wasser angehoben. Durch die Verwendung einer Stülpmembran kann ein großzügiger, gut zugänglicher Spalt zwischen Kolben und Umgebung freigelegt werden, der sich in einem automatisierbaren Prozess mit stabilen Betonschalen verkleiden lässt und eine reibungsfreie und berührungslose Kolbenbewegung gegenüber seiner Umgebung ermöglicht.

Die Stülpmembran sorgt für eine wasserdichte verlustfreie Abgrenzung der beiden Druckzonen. Die Auskleidung mit Betonschalen verhindert Wechselwirkungen mit dem Grundwasserregime der Umgebung.

Bisher durchgeführte überschlägige Berechnungen lassen auf vergleichsweise günstige Systemkosten schließen. Die gleichzeitige Nutzung als Strom- und Wärmespeicher ermöglicht eine zusätzliche Kostenteilung.

Die vergleichsweise kleinen Baugrößen lassen erwarten, dass viele Investoren die Finanzkraft zur Errichtung derartiger Speichersysteme aufbringen können.

Die landesweit erforderliche reine Speicherfläche für Stülpmembranspeicher mit einer Überbrückungskapazität von etwa 14 Tagen und einer Stromspeicherkapazität von etwa 20 TWh läge bei etwa 120 km^² oder 0,032% der Landesfläche von 360.000 km^². Das wäre weniger als die für Windenergieanlagen landesweit erforderliche Aufstellfläche.

Mit großzügigem Umgriff um die Aushubhügel herum gerechnet, ergäbe sich ein landesweiter Flächenbedarf von etwa 1000 km^² oder 0,28% der Landesfläche Deutschlands.

Das wäre weniger als die landesweit für Photovoltaikanlagen erforderliche Fläche. Zudem kann Photovoltaik über den Speichern angebracht werden, so dass die Flächen doppelt genutzt würden.

Stülpmembranspeicher würden wegen ihres Einbaus in den Untergrund kaum das Landschaftsbild verändern.

Gegenüber Wasserstoff- und Methanspeichersystemen ermöglichen Sie die zeitlich entkoppelte Systemnutzung zur Strom- und Wärmespeicherung.

Stülpmembranspeicher erreichen die gleichen hohen Wirkungsgrade wie moderne Pumpspeicheranlagen und tragen so zu einer Minimierung des Bedarfs von Energieumwandlungsanlagen bei, die über den Stromverbrauch hinaus betrieben werden müssen, um Speicherverluste auszugleichen.