Druckluftbatterie in den Alpen

Strom aus Druckluftkraftwerken könnte einen wichtigen Beitrag zur Energiestrategie leisten. Ein Tessiner Unternehmen und Schweizer Forscher testen in Biasca erfolgreich eine Pilotanlage.

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Im Scheinwerferlicht des Autos lässt sich schemenhaft etwas erkennen. Es geht an Maschinen vorbei, ein eingepacktes, dickes Rohr verläuft entlang der Tunnelmauer. Nach etwa 300 Metern stoppt der Fahrer vor einer massiven Tür. «Das ist der Druckzapfen», sagt der junge Maschineningenieur Giw Zanganeh von der Tessiner Firma Alacaes. Das Stahltor verschliesst hermetisch eine Seite einer rund 120 Meter langen Kaverne. Vereinfacht gesagt, hat das Unternehmen hier unter der Leitung von Zanganeh den Prototyp einer «Druckluftbatterie» gebaut.

Ein schmaler Kiesweg führt am Dorfrand von Biasca zum Tunneleingang. Vor wenigen Jahren transportierte ein Förderband Aushubmaterial des Gotthard-Basistunnels durch den etwa drei Kilometer langen Stollen von Pollegio nach Loderio bei Biasca. In Zukunft könnte der Tunnel für ein Kraftwerk dienen und einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten.

Granit hält dicht

Seit 2015 wird die Pilotanlage auf Herz und Nieren geprüft. An diesem Dezembermorgen laufen letzte Tests. Strom wird in Biasca noch keiner produziert. Hier geht es allein um das Herzstück eines Druckluftkraftwerks: die Kaverne, in der Luft bei hohem Druck gespeichert wird, und den integrierten Wärmespeicher. Studien zeigen: Über der Kleinanlage lasten über 400 Meter festes Gestein, das vermutlich vollkommen mit Wasser gesättigt ist. «Wasser- und Felsdruck sind bei weitem grösser als der Luftdruck in der Kaverne», sagt Giw Zanganeh. Da könne nichts entweichen – auch bei Anlagen grösseren Massstabs.

Das Prinzip ist eigentlich einfach: Mit überschüssigem Solar- und Windstrom werden Kompressoren angetrieben, die Aussenluft verdichten. Die komprimierte Luft wird in der Kaverne gespeichert, um bei Bedarf auf eine Turbine zu strömen, die einen Stromgenerator antreibt.

Neu ist diese Technologie nicht. 1978 baute der Schweizer Elektrokonzern Brown Boveri im Auftrag der Nordwestdeutschen Kraftwerk AG in Huntdorf bei Bremen das erste Druckluftkraftwerk, bei dem die Druckluft in unterirdische Salzkavernen gepresst wird. Huntdorf war einst Gold wert: Es hielt das Stromnetz stabil und veredelte am Mittag bei Spitzenlast den zuvor in der Nacht gespeicherten überschüssigen Strom aus dem Atomkraftwerk. Die Zeiten haben sich seither geändert – der Spitzenbedarf kann heute über den internationalen Stromhandel billiger gedeckt werden. Huntdorf ist heute ein Reservekraftwerk – und ist neben der amerikanischen Anlage in McIntosh im Bundesstaat Alabama die einzige dieser Art.

Doch die Energiewende könnte dieser Technologie zu neuem Schwung verhelfen. Solar- und Windkraft produzieren im Netz grosse Stromschwankungen. Diese könnten durch die beschriebene Speichertechnologie im grossen Massstab ausgeglichen werden. Wäre da nicht ein grosser Nachteil: Der energetische Gesamtaufwand in Huntdorf ist grösser als die Stromproduktion, der Wirkungsgrad beträgt nur 40 Prozent. Der Grund: Die Turbine kommt nicht ohne Erdgas aus. Die Druckluft entspannt sich beim Turbinenbetrieb und kühlt dabei so stark ab, dass die Turbine vereisen würde; deshalb wird die Luft durch Verbrennung von Erdgas aufgewärmt.

Forscher suchen seit einigen Jahren nach Verfahren, um die Wärme, die bei der Verdichtung der Luft entsteht, speichern zu können. Bei einer Anlage wie Huntdorf müssten die Wärmespeicher oberirdisch platziert werden, was wegen des hohen Luftdrucks eine armierte Baustruktur verlangt. «Das treibt unter anderem die Baukosten nach oben», sagt Andreas Haselbacher, Forscher an der Professur für Erneuerbare Energieträger am ETH-Institut für Energietechnik. So gehen Studien in Deutschland davon aus, dass selbst ein effizientes Druckluftkraftwerk in der Grössenordnung von Huntdorf bis heute nicht wirtschaftlich betrieben werden kann. Hingegen ist Haselbacher überzeugt, dass das Gesamtkonzept in Biasca billiger kommt, weil es viel kompakter ist. Die Firma Alacaes liess ihr Wärmespeichersystem patentieren. Das Besondere daran: Der Wärmespeicher steht mitten in der Druckluftkaverne und kommt damit ohne Armierung aus. Aussergewöhnlich ist zudem, dass als Speichermaterial kostengünstige Kieselsteine von Flussablagerungen verwendet werden. «So wird ein Wirkungsgrad von über 70 Prozent erreicht», sagt Zanganeh. Und die Anlage funktioniert ohne die Produktion von Treibhausgasen.

Mögliches Kraftwerk in Biasca

Tests sind vielversprechend verlaufen. Die komprimierte Luft strömt 550 Grad Celsius heiss in den Wärmespeicher und verlässt ihn wieder mit 26 Grad. «Das System funktioniert einwandfrei», sagt Zanganeh. Im Moment läuft freilich noch alles im kleinen Format, weit entfernt von einer kommerziellen Anlage.

Bei Alacaes kann man sich aber vorstellen, in dieser Kaverne ein Kraftwerk von rund 100 Megawatt Leistung zu bauen (siehe Grafik). Das würde einem mittleren schweizerischen Wasserpumpspeicherkraftwerk entsprechen. Die Anlage könnte mit einer Druckluftladung 500 Megawattstunden Strom liefern. Zum Vergleich: Ein durchschnittlicher vierköpfiger Haushalt verbraucht in der Schweiz im Jahr etwa 7 Megawattstunden. Der Standort Biasca wäre ideal als Anbindung, weil ein Strang des europäischen Hochspannungsnetzes in der Schweiz durch das Tessin verläuft.

Noch ist es allerdings nicht so weit. Die Firma sucht derzeit Partner, um weitere Abklärungen mit einer grösseren Anlage zu machen. Vonseiten der Forschung wird das Projekt bereits heute gut unterstützt: Es ist im Nationalen ­Forschungsprogramm «Energiewende» (NFP 70) eingebettet. Die ETHs in Zürich und Lausanne, das Paul-Scherrer-Institut und die Fachhochschule Südschweiz sind mit Forschungsprojekten daran beteiligt. Das Bundesamt für Energie hat 40 Prozent der Investitionen von 4 Millionen Franken übernommen. Für die Zukunft zeigen das Berner Stromunternehmen BKW und der Netzbetreiber Swissgrid Interesse. Abgeklärt muss unter anderem werden, ab welcher Grösse das Kraftwerk wirtschaftlich wird oder wo sich in der Schweiz noch andere geeignete Standorte anbieten.

«Theoretisch könnten wir bis 2020 das erste kommerzielle Druckluftkraftwerk bauen», sagt Zanganeh. Die Energiestrategie 2050 des Bundes setzt auf einen Ausbau der Pumpspeicher. Doch die Hürden dafür sind hoch: hohe Investitionen, unklare Wirtschaftlichkeit, Belastung der Natur. Der ETH-Energieforscher Andreas Haselbacher hält Druckluftkraftwerke nach dem Prinzip wie in Biasca für eine valable Alternative zu den Pumpspeicherkraftwerken, um eine dezentrale Energieversorgung in der Schweiz sicherzustellen. Allerdings sei heute noch unsicher, welche Art Speicher in Zukunft tatsächlich gebraucht würden. Es mache aber wenig Sinn, nur auf chemische Grossbatterien zu setzen.

Auch auf die konkreten Kosten wollen sich Unternehmen und Forscher derzeit noch nicht festlegen. Sicher ist: Es wird vermutlich kaum Einsprachen geben, und der Landverlust ist minimal.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 26.12.2016, 18:39 Uhr

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