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Das Prinzip der Pumpspeicher-Kraftwerke ist schon sehr lange bekannt und wird seit den 1920er Jahren in kleinem Umfang auch genutzt, zur Speicherung überschüssigen Stroms und zur kurzfristigen Bereitstellung von Spitzenlast. Dabei wird Wasser mit elektrischen Pumpen in einen obenliegenden Speicher gepumpt. Bei Bedarf fließt das Wasser durch eine Turbine mit einem Generator wieder nach unten und erzeugt elektrischen Strom. Pumpspeicher stehen, zumindest in Deutschland, nur in begrenztem Maße zur Verfügung. Die Kapazität der bestehenden deutschen Pumpspeicher-Kraftwerke an Land beträgt gerade einmal knapp 40 Gigawattstunden.

Im Jahr 2011 entwickelten die beiden Physiker Prof. Dr.  Horst Schmidt-Böcking und Dr. Gerhard Luther daher die grundsätzliche Idee, das Prinzip der Pumpspeicher-Kraftwerke auf den Meeresgrund zu übertragen. Durch Leerpumpen einer am Meeresboden wassergefüllten Stahlbeton-Kugel wird der Speicher geladen. Strömt Wasser wieder Wasser hinein, wird Strom erzeugt, der Speicher wird entladen. Nach einer Vorstudie zur grundsätzlichen Machbarkeit des Konzeptes bei großen Wassertiefen im Meer wurde 2016 ein Modellversuch mit einer 3-Meter-Kugel  in rund 100 m Wassertiefe im Bodensee durchgeführt, der bewies, dass das Prinzip funktioniert.

Testlauf vor der US-Küste

Nach dem erfolgreichen Feldtest im Maßstab 1:10  bereiten die Forschenden nun einen Testlauf vor der kalifornischen Küste (vor Long Beach bei Los Angeles) vor. Sie wollen dort im Rahmen des Projekts Stored Energy in the Sea (StEnSea) des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IEE) in 500 bis 600 Metern Tiefe eine hohle, 400 Tonnen schwere Betonkugel mit neun Metern Durchmesser verankern, um Energie zu speichern. Wird ein Ventil geöffnet, strömt Wasser in die Kugel hinein. Die integrierte Pumpe läuft dabei rückwärts und arbeitet als Turbine. Das Wasser treibt den Motor an, sodass Strom erzeugt wird. Damit wird der Speicher entladen. Ein Unterwasserkabel schafft dabei die Verbindung zum Stromnetz an Land oder zur schwimmenden Transformator-Station eines Offshore-Windparks. Soll Energie gespeichert werden, pumpt die Motorpumpe das Wasser gegen den Druck des umgebenden Wassers wieder aus der Kugel. Anschließend kann der Zyklus erneut beginnen. Die Leistung dieses Prototypen beträgt 0,5 Megawatt, die Kapazität 0,4 Megawattstunden.

Hohes Speicherpotenzial

Nach Berechnungen der Fraunhofer-Forscher sind Wassertiefen von 600 bis 800 m optimal. Das Speicherpotenzial für diese Technologie läge weltweit bei insgesamt 817.000 Gigawattstunden, an möglichen europäischen Standorten bei etwa 166.000 Gigawattstunden. Das ist besonders vor dem Hintergrund des weiter wachsenden Speicherbedarfs ein vielversprechender Ansatz. Mit dem StEnSea Kugelspeicher sei eine kostengünstige Technologie geschaffen worden, die sich vor allem für das Speichern über kurze und mittelfristige Zeiträume eignet, so Dr. Bernhard Ernst, Senior Projekt Manager beim Fraunhofer IEE. Der Testdurchlauf vor der US-Küste sei dabei die Basis für die Skalierung und Kommerzialisierung des Speicherkonzepts.

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