Druckluft für die Energiewende

Der Schweizer Elektrokonzern Brown Boveri baute vor bald 35 Jahren das erste Druckluftkraftwerk der Welt. Fast vergessen, ist die Technologie heute ein Hoffnungsträger für die Energiewende in Europa.

Ein Stück Kraftwerkgeschichte wird wieder attraktiv: Das Druckluftspeicherkraftwerk in Huntorf.<br />Bild: EON

Ein Stück Kraftwerkgeschichte wird wieder attraktiv: Das Druckluftspeicherkraftwerk in Huntorf.
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Hier steht ein Stück Kraftwerkgeschichte. Verlassen im Grünen, in Huntorf, einem Weiler in Niedersachsen. Der fensterlose Backsteinbau erinnert an die Zeit der Pioniere. Kühe weiden nebenan, nicht weit weg drehen sich Windräder, die Wahrzeichen der deutschen Energiewende. Die Fahrt von Bremen nach Huntorf dauert eine gute halbe Stunde. Uwe Krüger war schon lange nicht mehr da. Der Maschineningenieur ist Produktionsleiter des Kraftwerks Wilhelmshaven des Energiekonzerns EON. Die in die Jahre gekommene Anlage in Huntorf gehört zu seinem Reich, zusammen mit einem Steinkohlekraftwerk und Gasturbinen.

In Huntorf gibt es keine ständige Betriebsmannschaft. Das Kraftwerk ist automatisiert und wird von Wilhelmshaven aus fernbedient. Der Steuerungsraum im Schaltanlagengebäude erinnert an die Kommandobrücke verlassener Raumschiffe in alten Science-Fiction-Filmen. Uwe Krüger öffnet die Tür zum Herzstück der Anlage, dem Maschinenhaus. Es dröhnt gewaltig. Das sei noch gar nichts, schreit er. Wenn die Anlage entladen werde, verstehe man das eigene Wort nicht mehr. «100 Dezibel sind es dann mindestens.»

Letzte Nacht wurden die Kavernen aufgeladen. Kompressoren von Sulzer Escher Wyss verdichten Aussenluft von rund 1 Bar Druck auf 67 Bar, angetrieben durch überschüssigen Strom aus dem Übertragungsnetz. Der Motor presst die Druckluft in zwei zylindrische Salzkavernen in 650 bis 800 Meter Tiefe unter dem Kraftwerk, jede ist 150 Meter hoch und hat einen Durchmesser von 65 Metern. Zuvor muss die Luft abgekühlt werden. Die komprimierte Luft wird mehrere Hundert Grad heiss, gespeichert werden darf sie im Salzstock nur bei 50 Grad. Eine Vorgabe der Bergbaubehörden. Uwe Krüger ist in Ostdeutschland geboren. Er studierte Nukleartechnologie. Die Wende veränderte für ihn alles. Heute lebt er in Wilhelmshaven. Kernkraft ist kein Thema mehr, in Norddeutschland redet man von Windkraft und wie man deren gigantische Produktionsschwankungen unter Kontrolle bringt. Überbelastungen im Netz führen immer häufiger dazu, dass die Netzbetreiber Windkraftwerke drosseln müssen.

Speicherkraftwerk ohne See

So setzen Energieproduzenten und Ingenieure ihre Hoffnungen in eine Technologie, die bereits vergessen schien. Der einstige Schweizer Elektrokonzern Brown Boveri baute 1978 in Huntorf das erste Druckluftspeicherkraftwerk der Welt, im Auftrag der NWK, der Nordwestdeutschen Kraftwerke AG Hamburg. Es war etwas Besonderes: Das Druckluftspeicherkraftwerk war das Pendant zu den hydraulischen Pumpspeicherkraftwerken in den Alpen. Zum ersten Mal konnte nun auch im flachen Norddeutschland Strom gespeichert werden.

Kohlekraftwerke, Gasturbinen und ein Atomkraftwerk versorgten damals 4,2 Millionen Menschen mit Strom. Mit Huntorf schuf sich die NWK einen Joker, um das Stromnetz stabil zu halten und gleichwohl Nachtstrom zu veredeln. Nachts, wenn die Nachfrage gering war, wurde mit billigem Atomstrom Umgebungsluft in die Salzkavernen gepresst. Am Mittag bei Spitzenlast trieb die Druckluft aus den Kavernen für gutes Geld den Stromgenerator an. In den ersten Jahren wurde das Kraftwerk praktisch täglich gestartet.

In alten Unterlagen von Brown Boveri heisst es: «Diese Anlage vereint die Vorteile eines Gaskraftwerkes und eines Pumpspeicherkraftwerkes bei Spitzenlast.» Das Druckluftspeicherkraftwerk konnte so schnell wie ein Gaskraftwerk ans Netz gekoppelt werden, seine Stromproduktion war aber billiger.

Andere Zeiten

Die Zeiten haben sich geändert. Nach Huntorf wurde nur noch ein einziges Druckluftspeicherkraftwerk gebaut, 1991 in den USA. Dann geriet die Technologie in Vergessenheit. Allmählich entstand ein gesamteuropäisches Netz, über das Stromschwankungen ausgeglichen werden können. Die Marktpreise veränderten sich, der Spitzenbedarf kann heute über den internationalen Stromhandel oft billiger gedeckt werden.

Was Brown Boveri war, ist heute Alstom, Kraftwerkeigentümer von Huntorf ist jetzt der deutsche Energiekonzern EON. «Das Kraftwerk kommt heute vielleicht noch zweimal die Woche als Minutenreserve zum Einsatz», sagt Uwe Krüger. Das ist der Fall, wenn ein Kraftwerk ausfällt, wenn der Wind ungenau prognostiziert wurde oder wenn zu wenig Strom eingekauft wurde. Das Kraftwerk sei heute noch wirtschaftlich, sagt Krüger, «weil es sich amortisiert hat».

Es brummt monoton in der Maschinenhalle. Man hat den Eindruck, Turbine und Generator würden jeden Moment anspringen. «Nach jeder Ladung laufen die Maschinen reduziert, damit sie innerhalb von 15 Minuten mit Volllast Strom produzieren können», sagt Krüger. Die Leitstelle in Düsseldorf will jederzeit auf die Maschinen zugreifen können. Die gespeicherte Luft reicht, um bei Volllast rund 321 Megawatt Strom über knapp drei Stunden zu liefern. Während dieser Zeit liessen sich in der Schweiz etwa 18'000 Einfamilienhäuser mit Strom versorgen.

Wärme nicht verlieren

«Nach fast 35 Jahren funktioniert das Kraftwerk immer noch einwandfrei», sagt der Ingenieur fast schon ehrfürchtig. Die Anlage hat aber eine Schwäche: Die Gasturbine funktioniert nicht ohne Erdgas. Die Druckluft entspannt sich beim Turbinenbetrieb und würde sich so stark abkühlen, dass die Turbine vereisen würde. Um dies zu verhindern, wird in Huntorf Erdgas beigemischt und verbrannt. Das schlägt auf die Energiebilanz: Der energetische Gesamtaufwand für die Anlage ist deutlich grösser als die Stromproduktion; der Wirkungsgrad beträgt nur 42 Prozent.

Günstiger fiele die Energiebilanz aus, wenn die Abwärme des Kompressionsbetriebs gespeichert werden könnte, um sie später beim Turbinenbetrieb wieder zu nutzen. Seit einigen Jahren entwickelt der Energiekonzern RWE Power zusammen mit Partnern aus Wirtschaft und Forschung ein System, das einen Wirkungsgrad von über 70 Prozent erreichen soll. Noch funktioniert das adiabatische Druckluftspeicherkraftwerk erst in Simulationen. Eine Demonstrationsanlage wird voraussichtlich im nächsten Jahr in Stassfurt (Sachsen-Anhalt) gebaut. Mit einer Speicherkapazität und elektrischen Leistung, um laut RWE Power für vier Stunden rund 50 Windräder zu ersetzen. Bewährt sich diese Technologie, dann wäre die Druckluftspeichertechnik eine «aussichtsreiche Alternative» zur Pumpspeicherkraft, heisst es.

EON hat im Moment keine solchen Pläne. «Es gibt eine enorme Investitionsunsicherheit», sagt Krüger. Die Netzbetreiber wollen möglichst günstige Regelenergie, um die Stromversorgung stabil zu halten. Druckluft könnte das bieten, steht jedoch mit anderen Regelsystemen wie der Gaskraft in Konkurrenz. «Ohne Anschubsubventionen wird es nicht gehen», sagt Krüger. Verschärfen sich die Emissionsauflagen in Europa, ist die adiabatische Druckluftspeicherung jedenfalls im Vorteil, weil sie kein CO2 ausstösst.

Die Drucklufttechnologie verlangt besondere geologische Voraussetzungen. Huntorf liegt über einem Salzstock, wie es in Norddeutschland viele gibt. Geologische Abklärungen zeigen, dass es in Deutschland etwa 20 bis 30 mögliche Standorte gibt, an denen Salzkavernen gebaut werden könnten. Laut RWE könnten damit Druckluftspeicheranlagen mit einer Leistung von 30 Gigawatt gebaut werden. Das wäre etwa die Hälfte der Leistung, die man theoretisch an Pumpspeicherkraftwerken in Deutschland haben müsste, um die Schwankungen der erneuerbaren Energien bis 2050 ausbalancieren zu können.

Jahrelang Salz auswaschen

Salzkavernen werden ausgesolt. Es wird Wasser in den Untergrund gepresst, das die Salzschichten auflöst. Die entstehende Sole, das Salz-Wasser-Gemisch, wird dann an die Oberfläche geholt. Bis grosse Kavernen entstehen, vergehen mehrere Jahre. Würde das geologische Potenzial ausgenützt, müssten Milliarden Kubikmeter Sole entsorgt werden. Künftige Salzkavernen sollten deshalb möglichst nahe an der Nordsee gebaut werden, sagen Umweltexperten. Dort könne die Sole ohne Umweltschäden ins Meerwasser geleitet werden.

In Stassfurt, wo die erste adiabatische Demonstrationsanlage gebaut wird, gibt es bereits eine Salzkaverne. Das Druckluftspeicherkraftwerk dort soll in sechs Jahren in Betrieb gehen. Experten erwarten aber erst ab 2030 einen wirtschaftlichen Betrieb von Druckluftspeicherkraftwerken. In den nächsten Jahren wird Huntorf das einzige Vorzeigeobjekt bleiben. Uwe Krüger, der ehemalige Nuklearfachmann, ist stolz darauf: «Chinesen reisen an, Franzosen, Tschechen und Japaner haben sich angemeldet.»

Erstellt: 23.10.2012, 13:52 Uhr

So funktioniert ein Druckluftkraftwerk

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Wärmespeicher

Es wird mehr als 600 Grad heiss

Soll die Druckluftspeichertechnologie marktfähig werden, braucht es dazu Wärmespeicher. Sie könnten den Wirkungsgrad von 40 auf etwa 70 Prozent vergrössern. Im Demonstrationsprojekt in Stassfurt soll erstmals ein sogenannt adiabatisches Druckluftkraftwerk gebaut werden, das die Abwärme der Luftkompression im System zurückhält.

Die Kompressionswärme erreicht einen Wert von bis zu 650 Grad Celsius. Forscher am Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt testen Materialien, die als Speicher eine gleichmässige Temperaturverteilung erreichen. Stand der Technik sind keramische Wabensteine. «Ziel ist jedoch, billigere Materialien zu finden», sagt Doerte Laing vom Institut für Technische Thermodynamik.

Das Prinzip des Wärmespeichers ist im Grunde einfach. Bei der Drucklufttechnologie strömt die komprimierte warme Luft direkt über das Speichermaterial, gibt dort die Wärme ab, bevor sie in der Salzkaverne gespeichert wird. Wird die Kaverne entladen, fliesst die abgekühlte Luft wieder durch den Wärmespeicher und wird aufgeheizt, bevor sie die Gasturbine antreibt. «Dabei entstehen thermomechanische Spannungen im Speichermaterial», sagt Laing. Die Forscherin geht von einer Lebensdauer des Wärmespeichers von 20 bis 30 Jahren aus.

Hotreg nennt sich der Tank, der vor dem Institut steht. Er ist ausgerüstet mit Temperatursensoren. Neben der Anlage liegen die Materialien, die derzeit in der Grossanlage geprüft werden. Keramikbacksteine, Keramikkügelchen. Das Rennen für Stassfurt könnte aber ein Naturstein machen, wenn er die letzten Tests besteht. Die Gesteinsart möchte die Forscherin noch nicht preisgeben. Nur dies: Das Gestein ist dicht und leitet die Wärme gut. Die einfachste Form wäre laut Doerte Laing Schotter. Er ist relativ günstig und genügend verfügbar. (ml)

Energie-Serie

Teil 3: Kaum jemand hat von dieser Technologie gehört. Das Druckluftspeicherkraftwerk in Huntorf war lange Zeit vergessen. Nun interessieren sich Chinesen und Japaner dafür.

Weitere Folgen:
Teil 4: Megabaustellen für die Wasserkraft
Teil 5: Die Methanol-Revolution

Diese Serie wurde ermöglicht durch die Unterstützung des Tamedia-Förderpreises.

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