Neue Energie in alten Bergwerksanlagen

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Speicher - Wohin mit den Erneuerbaren? Die Jahresstromsproduktion aus Sonne, Wind und Biomasse steigtund steigt. Das ist politisch so gewollt. Aber wer A sagt, muss auch B sagen. Es braucht neue Stromtrassen von Nord nach Süd und vor allem mehr Speicherkapazitäten. Die Forschung läuft auf Hochtouren.

26. Februar 2014

Ein europaweit umsetzbares Konzept für eine hybride erneuerbare Energieinfrastruktur: Nichts geringeres haben sich Forscher aus den Niederlanden zum Ziel genommen. Für die Umsetzung setzen die Ingenieure auf Grubenwasser; genauer gesagt auf ein Netzwerk aus mehreren ehemaligen Bergwerksgruben. Auf diese Weise soll die Lieferung und Speicherung von Energie aus vorzugsweise erneuerbaren Energiequellen möglich sein. Zweck des Systems ist die direkte Versorgung von Gebäuden mit Wärme oder Kälte.

Energie aus der Tiefe

»Im Mittelpunkt steht die Entwicklung eines integralen Konzeptes zur Nutzung geothermischer Grubenwasser-Energie in Niedrigenergiegebäuden«, sagt René Verhoeven von der Firma Tri-Skill BV; der Managing Director ist Entwicklungsleiter eines Grubenwasserprojekts in der Gemeinde Heerlen in den Niederlanden. Das von der EU unterstützte Minewater-Projekt nahm im Oktober 2008 das weltweit erste Grubenwasser-Kraftwerk in den Niederlanden den Betrieb auf und machte damit auf das Potenzial geothermischer Energie in Wasserreservoirs unter Tage aufmerksam. »Die Fortschritte zur Vollversorgung mit Energie im Minewater-2.0–Projekt haben unsere Anstrengungen bestätigt und stoßen zunehmend auf Interesse«, so Verhoeven bei einer Präsentation des Projekts auf der IRES-Konferenz in Berlin.

Erste Gespräche

Er habe mit der RAG (vormals Ruhrkohle AG) dem Geothermieverband aus Bochum sowie der TU Clausthal bereits erste Gespräche geführt, so Verhoeven. »Alle waren sehr begeistert.« Derzeit arbeiten die Ingenieure bereits an Minewater 3.0: »einer optimierten Version des Konzepts«, so Verhoeven. Mit über 500 Teilnehmern aus rund 40 Ländern unterstrich die Konferenz die Notwendigkeit, zukunftsfähige Speichertechnologien voranzutreiben.

Windenergie im Tank

Neben einem erstmals ausgerichteten Anwenderforum und zahlreichen Vorträgen zeigte auch die Ausstellung am Rande der Veranstaltung neueste Entwicklungen in der Speichertechnik.

Schon kurz nach der Konferenz wurde mit einer Power-to-Gas-Demonstrationsanlage erstmalig Wasserstoff in ein Gasverteilnetz eingespeist.

Die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) arbeitetet seit einem Jahr im Projekt Segelenergie an einer Speichertechnik zur Kraftstoffherstellung auf hoher See. Die Grundlagen wurden 2013 mit einer Machbarkeitsstudie gelegt. »Nun laufen mit weiteren Partnern die Vorbereitungen für ein Forschungsprojekt, welches die Basis für die praktische Umsetzung abbilden soll«, so Michael Sterner von der Technischen Hochschule in Regensburg. »Über die Wandlung von Strom in Kraftstoffe erschließen wir ein sehr großes ungenutztes Windpotential über die Segelenergie, welche die konstante Speicherung von Windenergie ermöglicht. Damit können wir die Auslastung von Power-to-Gas-Anlagen deutlich steigern und damit die Wirtschaftlichkeit verbessern«, so Sterner. Mit Hilfe der Systemlösung Power-to-Gas kann Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff oder Erdgas-Substitut umgewandelt und im Erdgasnetz gespeichert werden.

Dies ist eine Möglichkeit, um große Mengen Strom aus erneuerbaren Energien in vorhandener Gasinfrastruktur langfristig zu speichern und anschließend flexibel in Kraftwerken, Heizungen und Fahrzeugen zu verwenden.

Power to Gas 2.0

Hinter Power-to-Gas-2.0 verbirgt sich die Idee eines kombinierten Wind-Wasser-Speicher-Systems, mit dem sich die Anlagenauslastung von Power-to-Gas deutlich steigern und ein deutlich größeres Potenzial zur Kraftstoffherstellung erschließen lässt. Ziel ist es, die am Meer verfügbare Windenergie zu nutzen und diese in eine speicherbare und flexible Energieform zu bringen. Ein Schiff wird durch ein Segelsystem in Bewegung versetzt. Einen Teil dieser Bewegungsenergie des Schiffes wandelt eine Turbine im Wasser in Strom um. Diese Turbine wird am Schiff befestigt. Sie besteht aus einer Strömungsmaschine (Rotor oder Propeller), die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.

Der Strom wird zusammen mit Wasser und Kohlendioxid durch eine elektrochemische Umwandlung in eine speicherbare Energieform gebracht.

Demoanlage in Frankfurt

Am 26.11.2013 hat die Demonstrationsanlage der Thüga-Gruppe auf dem Mainova-Gelände erstmalig Wasserstoff in das Frankfurter Gasverteilnetz eingespeist. Bis Ende 2016 werden die Unternehmen Erfahrungen sammeln, wie die Anlage unter Praxisbedingungen funktioniert. Die Einspeisung in das Netz erfolgt ohne Verdichtung. Das Kernstück der Anlage ist ein Protonen-Austausch-Membran (PEM)-Elektrolyseur der Firma ITM Power.

Dieser wandelt elektrische Energie in chemisch gebundene um und macht somit den Strom speicherbar. Eine Gasdruckregelmess- und Misch anlage sorgt dafür, dass die Zumischung von Wasserstoff zwei Volumenprozente nicht überschreitet.

Dies ist der technisch zugelassene Höchstwert, wenn sich eine Erdgastankstelle im Netz befindet. Der Elektrolyseur liefert das Wasserstoff-Erdgasgemisch bereits mit einem für das Gasverteilnetz passenden Druck von 3,5 bar. »Wir konnten somit auf einen Verdichter verzichten und Kosten sparen«, so Michael Riechel, Mitglied des Vorstands der Thüga.

Protonen-Austausch-Membran

Für die PEM-Technologie haben sich die Projektpartner entschieden, weil im Vergleich zu Alkali-Elektrolyseuren der Betrieb mit Wasser anstatt mit Kalilauge erfolgt und damit umweltschonender ist. Außerdem kann die Anlage schneller auf eine veränderte Lastsituation im Stromnetz reagieren.

Die Stromaufnahmeleistung der Anlage beträgt 315 kW. Sie wird pro Stunde rund 60 m3 Wasserstoff erzeugen beziehungsweise 3.000 m3 mit Wasserstoff angereichertes Erdgas in das Netz einspeisen.

Uwe Manzke

Erschienen in Ausgabe: 02/2014