Energie: Schwungradspeicher fungiert als Strompuffer und Schnellladestation

Puffersysteme in den Stromnetzen werden mit zunehmendem Anteilen von Energie aus erneuerbaren Quellen immer wichtiger. Solche Energiespeicher können verwendet werden, um Schwankungen im Stromnetz aufzufangen – nämlich in den Momenten, in denen der Verbrauch die Produktion übersteigt. In Österreich laufen derzeit Tests mit einem neu entwickelten Schwungradspeicher, der als Puffer für kurze, schnelle Stromschwankungen im Netz dienen soll. Dieses System speichert Strom in der Rotation eines schweren Schwungrads und kann diesen Bei Bedarf wieder abgeben.

Schwungradspeicher als Strompuffer

Grundsätzlich gibt es zwei Szenarien, in denen Energiespeicher benötigt werden. In dem einen Szenario geht es um den Ausgleich längerfristiger Veränderungen wie etwa saisonale Schwankungen. Hierfür eignen sich etwa klassische Pumpspeicher. Kurzfristige Schwankungen lassen sich eher durch Batteriesysteme ausgleichen.

Das FlyGrid-Projekt in Österreich testet derzeit eine weitere Technologie, mit der schnelle Stromschwankungen ausgeglichen werden können. Es handelt sich um das alte Konzept der Schwungradspeicher. Bei diesem wird überschüssiger Strom verwendet, um ein schweres Schwungrad in eine Drehbewegung zu versetzten. Diese Rotation ist dann eine Art mechanischer Energiespeicher. Sobald die Energie wieder benötigt wird, wird ein Generator verwendet, um die Rotation wieder in Strom umzuwandeln.

Solche Schwungradspeicher können innerhalb kürzester Zeit reagieren und in kurzer Zeit relativ große Mengen Energie aufnehmen und auch wieder abgeben. Dabei liegt der Wirkungsgrad teilweise bei 90 Prozent. Außerdem kann ein Schwungrad quasi eine unbegrenzte Zahl an Zyklen absolvieren und ist herkömmlichen Batterien daher in diesem Punkt weit überlegen.

Das Problem ist allerdings, dass ein rotierendes Schwungrad sich relativ schnell wieder „entlädt“. Pro Stunde kostet die Reibung zwischen drei und 20 Prozent der eingespeicherten Energie. Daher sind Schwungradspeicher vor allem dafür geeignet, bei schnell wechselnden Belastungen des Stromnetzes als Zwischenspeicher zu dienen.

60 Kilogramm schwerer Rotor speichert Energie

Ins Leben gerufen wurde FlyGrid von Forscher:innen der Montanuniversität Leoben. Diese haben einen Schwungradspeicher entwickelt, der für den Einsatz im Stromnetz und für die Nutzung als Schnellladestation ausgelegt. Als Schwungrad kommt ein etwa 160 Kilogramm schwerer Rotor aus einem Kohlefaser-Verbundmaterial zum Einsatz. Angetrieben wird dieser von einem verlustarmen Reluktanzmotor.

Für das Aufladen wird der Rotor auf bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt. So erreicht der Schwungradspeicher eine Energiekapazität von etwa fünf Kilowattstunden bei einer Ladeleistung von 100 Kilowatt. Es wäre theoretisch auch denkbar, mehrere solcher Rotoren zusammenzuschalten.

Vollautomatische Ladestation

Sollte auch beim Entladen weiter ein Stromüberschuss existieren, kann der Strom aus dem Schwungradspeicher über eine integrierte Schnellladestation an Elektroautos weitergegeben werden. Das Konzept sieht auch vor, dass lokale Stromquellen wie Photovoltaikanlagen integriert werden können.

„Die zunehmende Elektrifizierung der Mobilität und auch der Industrie sowie der Ausbau volatiler erneuerbarer Energiequellen sind eine Herausforderung für unsere Stromnetze. Daher ist es wichtig, Lösungen anzubieten, die einerseits das Stromnetz entlasten und andererseits die Nutzung der E-Mobilität erleichtern„, erklärt Armin Buchroithner von der TU Graz, seines Zeichens Projektleiter von FlyGrid.

Der Prototyp wird derzeit beim regionalen Energieanbieter Energie Steiermark getestet. „Neben Lösungen wie chemischen Batterien oder Pumpspeicherkraftwerken bietet FlyGrid mit seinem Schwungradspeicher ein langlebiges System, das eine hohe Leistung bietet. Damit ist es eine sinnvolle Ergänzung, die in kleinerem und größerem Maßstab den Umstieg auf erneuerbare Energien unterstützt“, so Buchroithner weiter.

via Technische Universität Graz