Submariner Druckluftspeicher
(SM-AI-CAES: Submarine Adiabatic and Isobaric Compressed Air Storage)
Großtechnische Systeme zur Zwischenspeicherung bereit stehender Energie - insbesondere von Strom - bis zu deren Nutzung durch Industrie und Haushalte stellen eine wichtige Säule unserer Technologie-orientierten Zivilisation dar. Die bekannteste Realisierungsmöglichkeit solcher Energiespeicher stellen Pumpspeicherkraftwerke dar. Sie heben Wasser auf ein höheres Niveau über NN an und wandeln das zu einem späteren Zeitpunkt zurückfließende Wasser erneut in Strom um. Eine weitere Möglichkeit sind Druckluftspeicher. Dabei wird Luft in ein großes, abgeschlossenes Volumen eingepresst, z.B. in einen alten, luftdicht verschlossenen Bergwerksstollen oder eine künstlich angelegte Kaverne. In diesem Fall wird die Energie in Form von Druckluft zwischengespeichert. Bei Bedarf kann die Druckluft genutzt werden, um durch Antrieb einer Turbine mit angeschlossenem Generator Strom zu erzeugen.
Der Submarine Druckluftspeicher greift Konzepte beider Technologien auf und passt sie an die Gegenbenheiten auf Offener See an. Da es dort schwierig ist, Wasser "nach oben" zu pumpen, wird statt dessen überschüssige Energie verwendet, um Luft "nach unten" zu pumpen und dadurch einerseits Wasser zu verdrängen und andererseits mit wachsender Tiefe die Luft zu komprimieren. Dazu ist erheblicher Kraftaufwand notwendig. Die am Meeresboden angelangte Luft wird dort in einem großvolumigen Behälter bis zu ihrer späteren Nutzung - analog zu konventionellen Druckluftspeichern - zwischengespeichert.
Das Prinzip dürfte jedem an Physik Interessiertem bekannt sein: Drückt man im Schwimmbad einen Ball unter Wasser, gelingt dies nur mit Kraftaufwand. Läßt man den Ball unter Wasser los, strebt er zielstrebig der Wasseroberfläche entgegen, durchdringt diese und springt aufgrund der mittlerweile gewonnenen Geschwindigkeit in die Luft. Das eigentlich Interessante am Submarinen Druckluftspeicher erschließt sich denn auch erst bei einer Berechnung der einspeicherbaren Energiemenge. Verwendet man als Behälter z.B. einen alten Öltanker mittlerer Größe (ca. 100.000 m3) und versenkt ihn auf 1.000 Meter, so lassen sich in ihm ca. 1012 Joule speichern. Das entspricht der Engergiemenge des Pumpspeicherwerkes Waldeck I.
Der Wirkungsgrad der Anlage kann erhöht werden, indem die durch die Komprimierung der Luft entstehende Wärme in einem zweiten Behälter in Form von erhitztem Wasser zwischengespeichert wird. Wasser ist ein ideales Speichermedium für Wärme. Es verfügt über eine höhere Wärmekapazität als die meisten anderen Stoffe und es beginnt auf Grund des hohen Drucks bei 1.000 Meter Meerestiefe erst oberhalb von 300°C zu sieden. Erstaunlicherweise können in einem Quader von 10 Meter Kantenlänge noch einmal 1012 Joule eingespeichert werden.
Submarine Druckluftspeicher werden noch nicht eingesetzt. Auf Grund ihrer technischen Randbedingungen eignen sie sich in erster Linie für die Verstetigung der Stromeinspeisung von Offshore Windparks in das öffentliche Stromnetz.
Einen ähnlicher Ansatz, Energie in Form von Druckluft mit angeschlossenem Wärmespeicher zwischenzuspeichern, verfolgt das Projekt ADELE. Ein wesentlicher Unterschied zum Submarinen Druckluftspeicher besteht darin, dass man eine landgestützte Lösung anstrebt. Auf Grund dieser Randbedingung kann kein Wasserdruck genutzt werden. Daher umfassen die Entwicklungsarbeiten u.a.: