Druckluftspeicherkraftwerk

Ein Druckluftspeicherkraftwerk ist ein zentrales Speicherkraftwerk. Es besteht in allen vorkommenden Typen zumindest aus einem Druckluftspeichervolumen, bspw. einer Salzkaverne, einem Verdichter, einer Turbine und einer elektrischen Maschine. In einem Druckluftspeicherkraftwerk wird während des Ladevorgangs Luft mithilfe eines elektrisch angetriebenen Verdichters komprimiert. Die verdichtete Luft wird in der Regel in Kavernen bei einem Druck von 50 bis 70 bar gespeichert. Während des Entladevorgangs wird die Luft der Kaverne wieder entnommen und in einer Turbine zur Stromerzeugung entspannt. Die Rotation der Turbine erzeugt im Generator Strom, der wieder ins Stromnetz eingespeist werden kann. Sowohl die Kompression im Verdichter als auch die Entspannung in der Turbine kann in mehreren Druckstufen erfolgen. Der elektrische Motor für den Verdichter und der Generator der Turbine können identisch sein. Man spricht dann von einem Motorgenerator.

Als Druckluftspeichervolumen eigenen sich geologische Formationen wie Salzkavernen, Aquifere oder ausgebeutete Erdgaslagerstätten. Außerdem kann die Druckluft auch überirdisch in Gasröhrenspeichern oder Kugeltanks gespeichert werden.

Als Verdichter und Turbinen eignen sich dynamische Verdichter und Turbinen (Turbomaschinen).

Die Kompression im Verdichter führt zu einer Erwärmung der Luft. Vor der Beladung des Druckluftspeichervolumens muss die Luft gekühlt werden. Dies geschieht unter Wärmeabgabe an die Umgebung. Dieser Typ wird als diabat bezeichnet. Typen, die auf Speicherung der Wärme basieren, werden als adiabate Druckluftspeicherkraftwerke bezeichnet.

Beim Entladen des Druckluftspeichers wird der Luft vor der Turbine die Wärme wieder zugeführt. In diabaten Anlagen geschieht dies durch Zufeuerung von Erdgas oder Heizöl ähnlich wie in einer Gasturbine. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann die Luft vor der Verbrennung über einen Rekuperator vorgewärmt werden. Der Rekuperator nutzt zur Vorwärmung der Luft die Abwärme des Abgases. Adiabate Druckluftspeicherkraftwerke erwärmen die Luft mittels der gespeicherten Wärme. Auf eine Zufeuerung kann verzichtet werden. Im Gegensatz zu diabaten Druckluftspeicherkraftwerken sind adiabate Druckluftspeicherkraftwerke emissionsfrei und weisen eine höhere Energieeffizienz auf.

Druckluftspeichervolumen werden in Gleichraumspeicher und Gleichdruckspeicher unterteilt. Bei Gleichraumspeichern ist das Volumen konstant und der Speicherdruck in Abhängigkeit von der Speicherfüllung variabel. In Gleichdruckspeichern wird entsprechend dem Füllstand des Speichers das Volumen der Kaverne angepasst. Gleichzeitig ist der Druck konstant und vom Speicherinhalt unabhängig. zum Ausgleich der Druckschwankungen ist ein oberirdisches Pendelbecken erforderlich. Die Druckschwankungen können dann über die Flüssigkeitssäule ausgeglichen werden.

Der übliche Leistungsbereich von Druckluftspeicherkraftwerken liegt zwischen 5 und 500 MW. Die maximale Leistung kann je nach Anlagentyp nach 5-15 Minuten erreicht werden.

Synonym(e):

CAES, Compressed Air Energy Storage, Gasturbinenkraftwerk mit einem integrierten Speicher für Druckluft

Englische Übersetzung(en):

compressed air energy storage, CAES