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Das Problem ist mittlerweile allgemein bekannt: Wind- und Photovoltaikkraftwerke unterliegen in der Stromproduktion starken Schwankungen. Um das Stromnetz am Laufen zu halten, braucht es daher Speichertechnologien, die die nötige Kapazität, Flexibilität und Effizienz haben, um diese Schwankungen auszugleichen.
Pumpspeicher im Flachland als Zukunftstechnologie auf der „Innovation Map“ der WKÖ
„Der Großteil der Speicherung erfolgt heute immer noch über Pumpspeicher-Kraftwerke im Gebirge. Auch in Norddeutschland produzierte Windenergie wird in den österreichischen Alpen gespeichert“, erklärt Valerie Neisch, Forscherin im Bereich Wasserbau an der Universität Innsbruck. „Einige dieser Kraftwerke laufen bereits seit mehr als 100 Jahren.“ Genau diese Langlebigkeit wollen Neisch und ihr Team auch bei einem neuartigen Speicherkonzept erreichen: dem Powertower. Dieser soll das Prinzip des Pumpspeicherkraftwerks auch im Flachland verfügbar machen – eine von 105 Technologien, die auf der interaktiven „Innovation Map“ der WKÖ zu finden sind.
Das Prinzip ist schnell erklärt: Mit der zu speichernden Energie wird Wasser unter einen Gewichtskolben in einem mit Wasser gefüllten Zylinder gepumpt, der damit nach oben gehoben wird. Wenn die Energie wieder benötigt wird, erzeugt das Gewicht den notwendigen Druck, um wieder Strom zu generieren und sinkt nach unten ab. Für die Kolbenbewegung wird eine Pumpturbine eingesetzt, also eine Maschine, die sowohl Pumpen als auch Strom generieren kann.
80 bis 85 Prozent Wirkungsgrad
„Das Entscheidende bei allen Stromspeicher-Methoden ist der Wirkungsgrad, also der Prozentsatz des eingespeisten Stroms, der wieder zurückgewonnen wird“, erklärt Neisch. Beim Powertower liege dieser bei 80 bis 85 Prozent. Gute, moderne Batterien lägen zwar mit rund 90 Prozent noch höher, aber: „Der Wirkungsgrad nimmt mit der Zeit ab und die Lebensdauer ist im Vergleich kürzer“, erklärt die Expertin. Einen erheblich schlechteren Wirkungsgrad von nur etwa 40 bis 60 Prozent hätten übrigens „Power-to-Gas“-Konzepte, also die Speicherung und Rückverstromung von Strom in Form von durch Elektrolyse gewonnenem Wasserstoff.
Mit dem System wolle man das österreichische Know-how im Bereich Pumpspeicher auch ins Flachland bringen, nicht zu Pumpspeicherkraftwerken in Konkurrenz treten, stellt Neisch klar: „Sobald man den entsprechenden Höhenunterschied im Gelände hat, ist der Pumpspeicher immer günstiger. Da würde sich ein Powertower nicht rechnen“, so die Forscherin.
Powertower 2: Prototyp bereits mit 42-Tonnen-Gewicht
Dass das Powertower-Konzept funktioniert, konnten Neisch und ihr Team bereits mit zwei Prototypen beweisen. Der erste ist ein 2,20 Meter hoher Plexiglas-Aufbau im Labor. Der zweite davon, der in einem Hof der Uni zu finden ist, ist bereits sechs Meter hoch, hat einen Durchmesser von 2,30 Meter und arbeitet mit einem Schwerbeton-Gewicht von nicht weniger als 42 Tonnen. Die Turbine befindet sich dabei in der Mitte des zylinderförmigen Gewichts. Dieses fährt im ebenfalls zylinderförmigen Tower mit geringem Reibungsverlust auf und ab. „Mit diesem Prototypen konnten wir schon zahlreiche Bedenken ausräumen. Es bewegt sich alles sehr ruhig und stabil“, sagt Neisch.
Der durchaus kolossale Aufbau, der unter anderem mit einer FFG-Förderung errichtet wurde, ist aber nur ein winziger Vorgeschmack auf das, was Neisch und ihr Team eigentlich bauen wollen. Im Zuge der Forschung sei klar geworden, dass man das System im Endausbau nicht oberirdisch, sondern unterirdisch anlegen würde, erklärt die Wissenschaftlerin – alleine schon wegen der Akzeptanz durch Anrainer:innen. „Powertower 3 wäre fertig geplant und hätte eine Tiefe von 20 Metern. Der könnte dann schon regulär als Stromspeicher fungieren“, sagt Neisch.
Finanzielle Hürden
„Wäre“, „hätte“ und „könnte“, denn bereits zweimal sei man in der Umsetzung in bereits fortgeschrittenem Stadium an der Finanzierung gescheitert, erzählt die Forscherin. „Wir haben nicht nur Förderungen eingeworben, sondern auch mit Unternehmen und privaten Investoren zusammengearbeitet. Wir waren dabei auch schon fortgeschritten, letztlich war ihnen aber der Zeithorizont zu lange“, sagt Neisch.
Denn um in der Energiewende eine entscheidende Rolle zu spielen und folglich auch ein lukratives Geschäft auszubauen, wäre auch der beschriebene 20-Meter-Aufbau in einem Schacht nur eine weitere Stufe – eben ein weiterer Prototyp. „Powertower 4, die angestrebte Endgröße, wäre dann bis zu 100 Meter tief. Am effizientesten wäre es, einen Cluster von mehreren Powertowern etwa direkt bei einem Windpark zu errichten“, erklärt die Forscherin. Zusätzlich könne der Energiespeicher mit seiner großen Wassermasse als Wärmespeicher fungieren, so das aktuelle Konzept des Forschungsteams. Das könnte die Möglichkeiten und den Kosten-Nutzen-Effekt erhöhen, meint Neisch.
„Am Ende brauchen wir ja mehr Speicher“
Auch wenn das Projekt aktuell ins Stocken geraten sei, sehe man sich aber weiter nach Möglichkeiten zur Umsetzung und geeigneten Förderungen um. „Am Ende brauchen wir ja mehr Speicher und zwar einen Mix aus Kurzzeit- und Langzeit-Speicher-Systemen. Sonst werden die Gaskraftwerke wieder angeschaltet“, sagt Neisch.
Entdecke Österreichs Innovation Map
Der Powertower ist ein Beispiel dafür, wie innovative Forschung aus Österreich Antworten auf die großen Fragen der Energiewende liefern kann. Projekte wie dieses zeigen, dass Zukunftstechnologien nicht nur in den Laboren internationaler Konzerne entstehen, sondern auch an heimischen Universitäten und in enger Zusammenarbeit mit der Wirtschaft entwickelt werden.
Wer entdecken möchte, welche weiteren Ideen und Technologien entstehen – von Quantenoptik über grüne Chemie bis hin zu neuen Energiespeicherlösungen –, findet auf der „Innovation Map“ der Wirtschaftskammer Österreich einen umfassenden Überblick. Die interaktive Plattform macht sichtbar, wo Zukunft bereits Realität wird und wie Forschung, Unternehmertum und Nachhaltigkeit ineinandergreifen.
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