Forschungsprojekt StEnSEA

Projektmanagement, GIS-gestützte Standortbetrachtungen und Kostenmodellierung, Logistik, Umweltverträglichkeitsprüfung, Auslegung des Triebstrangs und des elektrischen Systems, Betriebsführung und Regelung, Zustandsüberwachung, dynamische Modellierung und Simulation des Gesamtsystems, HIL-Labortests des skalierten Modells, Montage und Installation, Durchführung und Auswertung von Testläufen.

Das Projekt umfasst Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Pumpspeicherkonzeptes zur Speicherung großer Mengen elektrischer Energie offshore. Das Konzept des Meeres-Pumpspeicherkraftwerk nutzt das Meer selbst als oberes Speicherreservoir. Das untere Speicherbecken wird durch einen Hohlkörper auf dem Meeresgrund gebildet, der im Pumpbetrieb mit Ladestrom leer gepumpt wird und im Entladebetrieb über eine Turbine zum Generatorantrieb wieder mit Wasser gefüllt wird.

Das Vorhaben baut auf einer Vorstudie der Projektpartner auf und umfasst 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.

In einem Modellversuch im Maßstab 1:10 in einem Binnengewässer, dem Bodensee, wurden Detailfragestellungen zu Konstruktion und Bau, Installation und Logistik sowie Betriebsweise und Wartungskonzepten für das Speichersystem untersucht.

Wie funktioniert der Meerespumpspeicher?

Zunächst einmal wird ein Hohlkörper auf dem Meeresboden installiert. Darin befindet sich auf der Oberseite eine Öffnung, in die eine Pumpturbineneinheit integriert ist. Öffnet man nun ein Ventil an der Kugel, strömt Wasser in die Kugel und treibt die Turbine an. Strom wird also erzeugt (wie bei einem Pumpspeicher-Wasserkraftwerk an Land). Das entspricht dem Entladen des Speichers. Beim Laden des Speichers wird Wasser mit z.B. überschüssigem Wind- oder Solarstrom gegen den Druck der Wassersäule aus der Kugel herausgepumpt. Die Speicherkapazität steigt bei gleichem Volumen linear mit der Wassertiefe an.

Wie ist die Idee entstanden?

Die Idee geht auf die zwei Physiker Prof. Dr Horst Schmidt-Böcking und Dr. Gerhard Luther aus dem Jahr 2011 zurück. Daraufhin hat die damalige Hochtief Solutions AG gemeinsam mit dem Fraunhofer IEE aus Kassel (ehemals Fraunhofer IWES) eine Vorstudie zur grundsätzlichen Machbarkeit des Konzeptes bei großen Wassertiefen im Meer durchgeführt. Fragestellungen waren z.B. ob man solch ein Konzept tatsächlich bautechnisch realisieren kann oder welche Formen für solch ein Bauwerk gut geeignet wären. Die Kugelform oder geringe Abweichungen davon haben sich in der Vorstudie aufgrund des speicherbaren Volumen/Oberflächen-Verhältnisses und aufgrund gleichmäßigerer mechanischer Belastung relativ schnell als Favorit für die Anwendung herausgestellt. Aktuell untersucht das Fraunhofer IEE im vom deutschen Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt STENSEA die detaillierte Machbarkeit des Konzeptes im Meer und hat zum Beweis der Machbarkeit auch einen vierwöchigen Modellversuch im Bodensee im November/Dezember 2016 in rund 100 m Wassertiefe durchgeführt.

Wie schätzen Sie das Potenzial ein?

Im Rahmen des STENSEA Projektes führen wir mithilfe von sogenannten Geoinformationssystemen eine genaue Standortanalyse der weltweit infrage kommenden Standorte für die Technologie durch. Soviel lässt sich jetzt schon sagen: Es gibt ein großes Potenzial für die Anwendung der Technologie in küstennahen Standorten, insbesondere auch vor großen bevölkerungsdichten Regionen. Beispielsweise vor Norwegen (Norwegische Rinne), aber auch Spanien, USA und Japan weisen große Potenziale auf.