Riesen-Schwungrad speichert Windstrom
Ein Prototyp erreicht mit einem schnell rotierenden Stahlblock eine Leistung von 500 Kilowatt. Praxistests sollen den Einsatz in Windparks vorbereiten.
Prototyp eines 500-Kilowatt-Schwungrads zur Zwischenspeicherung von Windstrom.
(Bild: © DEMIKS, TU Dresden)
- Jan Oliver Löfken
Je gleichmäßiger Windparks Strom ins Netz speisen, desto weniger müssen Schwankungen bei der Stromerzeugung aufwendig ausgeglichen werden. Erste Windparks verfügen daher schon über Batteriespeicher etwa aus ausgedienten Auto-Akkus. Extrem zuverlässig, langlebig und potenziell günstig können auch schnell rotierende Schwungräder diese Aufgabe übernehmen. Einen Prototyp des größten "rotationskinetischen Speichers" mit 500 Kilowatt Leistung entwickelten nun Ingenieure unter Federführung der Technischen Universität Dresden im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsmministerium geförderten Projekts "Demiks".
Schwungrad-Demonstrator in der Oberlausitz
Auf ein Gewicht von stolzen 42 Tonnen bringt es der Prototyp in Boxberg in der Oberlausitz. Ein massives Stahlgerüst von acht Metern Höhe und sechs Metern Durchmesser stabilisiert das Schwungrad, wenn der tonnenschwere Rotationskörper aus Stahl auf bis zu 3.000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt wird. Der an der Vertikalachse angedockte Elektromotor wird das Schwungrad mit überschüssigem Windstrom auf Touren bringen und bei Flauten verwandelt ein Generator die Rotationsenergie wieder in Strom. Binnen Sekunden oder sogar schneller können so Schwankungen in der Stromerzeugung ausgeglichen werden. Die Speicherkapazität beträgt dabei 500 Kilowattstunden.
(Bild: © DEMIKS, TU Dresden)
Um Verluste durch Luftreibung zu minimieren, rotiert der Stahlkörper in einem Vakuum. Einen genauen Wirkungsgrad können die Ingenieure bisher – vor den in Kürze beginnenden Praxistests – noch nicht angeben. Doch rangieren sie bei kleineren Schwungrädern etwa zwischen 85 und 90 Prozent. Anders als Batteriespeicher mit wenigen tausend Ladezyklen halten Schwungräder hunderttausende Zyklen stand und können damit ihre Aufgabe sogar über Jahrzehnte erfüllen. Bewährt sich der Prototyp in den kommenden Versuchsläufen, könnte ein solches Schwungrad in zwei bis drei Jahren in einem Windpark eingesetzt werden.
Gekoppelte Schwungräder
Kleinere Schwungsräder werden bereits seit Jahrzehnten als Energiespeicher eingesetzt und immer weiter optimiert. So konzipierte die Firma Stornetic, die ihren Sitz zwischen Aachen und Köln in unmittelbarer Nachbarschaft des Forschungszentrums Jülich hat, ein Schwungrad mit 60 Kilowatt Leistung und 3,6 Kilowattstunden Kapazität. Ihr Schwungrad rotiert – in einem Vakuum magnetisch gelagert – in einem gut anderthalb Meter hohem Stahlzylinder bis zu 45.000 Mal pro Minute deutlich schneller als der Boxberger Riese. In Containern lassen sich die Schwungräder zu Dutzenden koppeln, um bis in den Megawatt-Bereich vorzustoßen. Schon seit 2015 nutzen die Stadtwerke München einen Speicher aus 28 Stornetic-Schwungrädern. Die gut 100 gespeicherten Kilowattstunden sind binnen weniger Millisekunden verfügbar und ergeben etwa 600 Kilowatt Primärregelleistung, um Prognoseabweichungen aus erneuerbarer Energieerzeugung auszugleichen.
Der nun deutlich größere 500-Kilowatt-Prototyp ließe sich jedoch einfacher regeln als mehrere miteinander gekoppelte Modul-Schwungräder. Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass der Prototyp der Dresdner Ingenieure bei einer kommenden Serienfertigung günstiger ausfallen könnte.
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(bsc)
