Letzte Aktualisierung: 06.10.2021

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Riesen-Rad bringt Schwung in die Windkraft

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Die TU Dresden hat im September 2021 in Boxberg/O.L. in der Oberlausitz einen Rotationskinetischen Speicher (RKS) mit einer Speicherkapazität von 500 Kilowattstunden und einer elektrischen Lade- und Entladeleistung von 500 Kilowatt in Betrieb genommen. Damit ist der Rotationsmassenspeicher, der nach Testphase direkt neben einem Windrad errichtet werden soll, um Übertragungsverluste zu verringern, fünfmal größer als normale RKS.

Teilschnittdarstellung der Konstruktion des Rotationskinetischen Speichers mit Mensch als Bezugsgröße (Grafik: Stiftungsprofessur für Baumaschinen der TU Dresden)

Das Modell der Rotationsmassenspeicher-Anlage verdeutlicht den Größenunterschied zu einem Mensch (vorne rechts). (Grafik: Stiftungsprofessur für Baumaschinen der TU Dresden)

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Um die volatile Stromeinspeisung von Windkraftanlagen genauer auf den Bedarf im Stromnetz anzupassen, gibt es eine Reihe von technischen Möglichkeiten. Dabei nimmt die Stromspeicherung eine große Rolle ein. So werden bereits an vielen Standorten per Power-to-X Sektoren gekoppelt, um überschüssigen Windstrom in Wasserstoff oder direkt in elektrisch erzeugte Wärme umzuwandeln.

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Schwungradspeicher als Alternative zu elektrochemischen Speichern

Auch stationären Energiespeichern, sogenannte Energy Storage Systems (EES), wird ein großes Potential zugeschrieben, im Windpark selbst dafür zu sorgen, dass der Netzanschlusspunkt nicht überlastet wird. Da es in großen Lithium-Ionen-Batteriespeichern, in denen tausende Lithiumbatterien verbaut sind, zu Bränden kommen kann, wird seit Februar 2021 auf einem Großversuchsstand der BAM beim brandenburgischen Horstwalde im Realmaßstab untersucht, wie im Falle des thermischen Durchgehens reagiert werden muss.

Eine ganz andere technische Alternative eines Kurzzeitspeichers mit ähnlich hoher Speicherkapazität, aber ohne vergleichbare Brandgefahr, stellen „Rotationskinetische Speicher“ dar. Die Energiespeicherung per Schwungrad ist eine Methode der mechanischen Energiespeicherung, bei der ein Schwungrad auf eine hohe Drehzahl beschleunigt und Energie als Rotationsenergie gespeichert wird. Die Energie wird zurückgewonnen, indem der Rotor induktiv an einen elektrischen Generator gekoppelt und dadurch abgebremst wird.

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Weltweit einzigartiger Schwungradspeicher mit fünf Mal höherer Kapazität

Da die am Markt verfügbaren, kleineren RKS zur Speicherung von Windstrom aus wirtschaftlichen Gründen nicht genutzt werden, weil sie in großer Anzahl miteinander kombiniert werden müssten, haben Wissenschaftler der TU Dresden im Forschungsprojekt „DEMIKS – Dezentrale Energiespeicherung mittels integrierter kinetischer Rotationsmassenspeicher (in Verbindung mit Windenergieanlagen)“ einen weltweit einzigartigen einachsigen Schwungradspeicher entwickelt, der eine fünf Mal höhere Kapazität als der bislang größte Rotationskinetische Stromspeicher (RKS) in Verbindung mit erneuerbarer Energiegewinnung aus Windkraft besitzt.

„Ziel war es, einen langlebigen, dynamischen und hocheffizienten Energiespeicher zu entwickeln, der direkt neben einem Windrad, also dort wo der Strom erzeugt und mit geringen Verlusten übertragen wird, errichtet werden kann. Hierfür war es notwendig, völlig neue Anforderungen an das Speichersystem zu stellen und Grenzen der Technologie zu erweitern.“, erklärt Dr. Thomas Breitenbach von der projektleitenden Stiftungsprofessur für Baumaschinen.

Am Firmenstandort der SKM GmbH in Boxberg/O.L. baut seit September 2021 der Maschinenbauer einen Demonstrator dieses rotationskinetischen Speichers mit einer Spitzenleistung von 500 kW und einer Kapazität von 500 kWh. Das Riesen-Rad soll dann im Praxistest genauer untersucht werden, wie mit diesem überdimensionalen Schwungrad Strom aus Windkraft vor Ort aufgenommen und bei Bedarf wieder abgegeben werden kann.

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