Windkraftanlagen: Nachrüstung mit Osmose-Pumpspeicher
Unterstützung durch Pioneer Fund
19.05.2021 von Uta Neubauer
Bei Flaute liefern Windkraftanlagen keinen Strom, an stürmischen Tagen müssen sie teils abgeschaltet werden. Für eine verlässlichere Versorgung mit Windstrom will jetzt ein Team um Privatdozent Dr.-Ing. habil. Falah Alobaid sorgen.
Die Forscher aus dem TU-Fachgebiet Energiesysteme und Energietechnik haben ein Speichersystem für überschüssige Windenergie konzipiert, das in die Türme der Windräder eingebaut werden soll. „Wir nutzen dabei die Höhe und den leeren Raum im Innern der Türme. Eine Nachrüstung bestehender Anlagen ist ohne weitere Eingriffe in das Landschaftsbild möglich“, betont Alobaid. Die Innovation basiert auf der Osmose, einem natürlichen Vorgang, mit dem zum Beispiel Pflanzenwurzeln Wasser aufnehmen. Unterstützt wird die Osmose in diesem Fall durch die in der Energietechnik bereits etablierte Pumpspeicherung.
Der Osmosespeicher besteht aus einem Reservoir mit Salzwasser und einem mit reinem Wasser. Dazwischen befindet sich eine Membran, die nur für Wassermoleküle durchlässig ist. Überschüssiger Windstrom wird zunächst dazu genutzt, das Salzwasser per Umkehrosmose aufzukonzentrieren. Bei diesem Schritt wird der natürliche Osmoseprozess, der einen Konzentrationsausgleich in den beiden Reservoirs anstrebt, mit Druck überwunden. Die so gespeicherte Energie lässt sich wieder in Strom verwandelt, wenn das reine Wasser dank der Osmose in das Salzwasser-Reservoir drängt. Dadurch entsteht dort ein Druck, der für den Antrieb einer Turbine mit Generator genutzt werden kann. Um die Effizienz der Osmosetechnik weiter zu steigern, kombinieren die TU-Forscher sie mit der Pumpspeicherung: Das Salzwasser-Konzentrat sowie das reine Wasser werden – ebenfalls mit überschüssigem Windstrom – in die Höhe des Kraftwerkturms gepumpt. Die so gespeicherte potenzielle Energie ergänzt die Osmose und steigert dadurch den Wirkungsgrad des Speichersystems.
Das Konzept wurde im Rahmen mehrerer Bachelorstudien ausgearbeitet und ist bereits zum Patent angemeldet. „Unser hybrider Osmose-Pump-Energiespeicher, den wir kurz HOPES nennen, ist kostengünstig und umweltfreundlich. Er benötigt weder Batterien noch seltene Metalle, sondern lediglich eine Membran“, fasst Alobaid die Vorteile zusammen. Mit den Mitteln des Pioneer Fund wollen er und seine Kollegen jetzt eine etwa zehn Meter hohe Pilotanlage bauen.
Die effiziente Speicherung von elektrischer Energie hat im Rahmen der Energiewende eine herausragende Bedeutung. In der Energieforschung arbeiten unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Forschungsfeld „Energy & Environment“ an neuen Technologien, Prozessen und deren Überführung in die praktische Anwendung. Wir fördern mit dem Pioneer Fund die Weiterentwicklung von Osmose-Pumpspeicher für Windkraftanlagen. Diese könnten zukünftig die Volatilität des Angebots von Windenergie reduzieren und so zu einer stabileren Versorgung mit erneuerbaren Energien beitragen. (Harald Holzer, Geschäftsführer des Innovations- und Gründungszentrums HIGHEST der TU Darmstadt)
Pioneer Fund
Insgesamt 600.000 Euro fließen jährlich aus dem gemeinsamen Innovationsförderprogramm Pioneer Fund der TU Darmstadt und des Entega NATURpur Instituts in TU-Projekte. Neben diesem Projekt aus der Energietechnik startet demnächst auch eines aus der Medizin. Mehr erfahren Sie im Gesamtartikel „Neuer Wirkstoff gegen Arthritis, neuer Speicher für Windenergie“.
Der Pioneer Fund leistet einen wichtigen Beitrag zum Transfer von wissenschaftlichen Erkenntnissen aus der TU Darmstadt in Wirtschaft und Gesellschaft. HIGHEST fördert zusammen mit dem Partner ENTEGA NATURpur Innovationen in einer sehr frühen Phase und steigert somit die Innovationsfähigkeit der TU Darmstadt.
