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Abtauchen, Licht an

Eine Erfindung mit Potenzial: HOCHTIEF-Ingenieur Julian Meyer ist fasziniert, als er von einer Idee erfährt, wie sich die flüchtigen Energien aus Wind und Sonne speichern lassen. Es geht um einen Mega-Betonhohlkörper und Wasserdruck in großen Meerestiefen. Aus der im Jahr 2011 veröffentlichten Idee hat Meyers Mannschaft ein Projekt gemacht, das 2017 unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) erste Ergebnisse lieferte.

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Fotografen suchen nach dem besten Motiv. Kameramänner filmen das Spektakel. Gut drei Monate hat die 20-Tonnen-Betonkugel in 100 Metern Wassertiefe verbracht, als ein Autokran sie Anfang März 2017 aus dem Bodensee hievt. Ein großer Fisch hängt da an der Angel. Die von HOCHTIEF gebaute Betonkugel hat die Erwartungen erfüllt. Sie speichert Strom und rechtfertigt nun auch den Namen des Projekts - StEnSea steht für Stored Energy in the Sea, Energiespeicher im Meer.

„StEnSea eignet sich damit perfekt als Lösung für ein zentrales Problem der Energiewende, nämlich überschüssigen Windstrom für die Zeit vorzuhalten, in der er gebraucht wird“, sagt Stephan Fromknecht, Projektverantwortlicher von HOCHTIEF. Fromknecht ist einer der Ingenieure, die Julian Meyer seit 2011 für StEnSea begeistert hat. Das Team hat großen Anteil am Erfolg des Speichers. Vor allem aber an der Konstruktion des ersten Modells. „Beton ist aufgrund seiner einzigartigen Materialeigenschaften der passende Baustoff für StEnSea“, so Fromknecht, „und HOCHTIEF daher auch der ideale Partner in diesem Projekt.“ Gebaut wurde das Modell im HOCHTIEF Innovation & Testing Center in Mörfelden-Walldorf, dem größten Versuchslabor der deutschen Bauwirtschaft. Nicht umsonst genießen die Mitarbeiter dort den Ruf von „Betonflüsterern“.

Ohne Bewehrung. Geschalt. Gebaut.
Aber wie baut man etwas, das noch nie gebaut wurde? Mit jahrelanger Erfahrung und unzähligen Simulationen von Bauabschnitten, Transport- und Betriebszuständen, die die Realität abbilden. Die HOCHTIEF-Ingenieure teilen die Produktion des Kugelspeichermodells mit Stahlfaserbeton in drei Abschnitte ein. Als Schalung nutzten sie ein selbsttragendes System mit eingeklemmten Holztafeln (s. Bild 2) und einen sechseckigen Ring für den Transport und den Tauchgang im Bodensee (s. Bild 3). Doch keine Simulation der Welt kann die Realität ersetzen. Hält die Kugel, was sie verspricht? Ja, das macht sie.

Und so funktioniert‘s:
StEnSea ist ein Betonhohlkörper in Form einer Kugel. Auf dem Meeresboden geparkt, kann das System dank des hohen Wasserdrucks in großen Tiefen Energie speichern. Wenn der Speicher Strom aufnimmt, wird über eine Elektropumpe Wasser aus der Kugel herausgepumpt. Soll der gespeicherte Strom abgerufen werden, strömt Wasser durch eine Turbine in die leere Kugel hinein und erzeugt über einen Generator Strom.

Stabile Verhältnisse.
Wind und Sonne sollen dazu beitragen, den wachsenden Hunger nach Energie zu stillen. Das Problem ist nur: Windkraft- und Solaranlagen liefern den Strom nicht immer dann, wenn wir ihn brauchen, sondern dann, wenn der Wind weht und die Sonne scheint. Um zu funktionieren, muss unser Stromnetz ständig mit so viel Energie versorgt werden, wie aktuell verbraucht wird. Aktuell werden konventionelle Kraftwerke vom Netz genommen oder zugeschaltet, wenn Solar- und Windkraftanlagen zu viel oder zu wenig liefern.

Wenn mit der Energiewende verstärkt Erneuerbare eingesetzt werden sollen, stellt sich die Frage, ob und wie sich Ökostrom speichern lässt. Hier kommt StEnSea ins Spiel.

Zwei Professoren aus Frankfurt und Saarbrücken entwickelten die zunächst phantastisch anmutende Idee, Hohlkörper aus Beton auf dem Meeresgrund könnten wie kleine Pumpspeicher funktionieren und dieses Energiewende-Problem lösen. Die kugelförmigen Speicher sollen Strom für die Zeiten zwischenspeichern, in denen der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint, aber Energie trotzdem nachgefragt wird. Umgekehrt können sie Strom aufnehmen, wenn der Wind- und Sonnenertrag die Energienachfrage übersteigen. Ein Pilotprojekt am Bodensee verlief bis März 2017 erfolgreich. Demnächst soll es in größere Tiefen gehen.

Für den Test im Bodensee bauten die HOCHTIEF-Ingenieure eine Kugel, die auch in vergleichsweise geringer Wassertiefe aussagekräftige Daten liefert. Der nächste Schritt auf dem Weg zur Serienproduktion wäre ein Test in küstennaher Tiefsee, zum Beispiel vor der norwegischen oder spanischen Küste. Dann gibt’s die Kugel in Originalgröße – und die ist richtig groß und richtig breit.

Jetzt kommt es dicke.
Mit einem Durchmesser von 28 Metern höher als das Brandenburger Tor und mit Außenwänden, die fast so breit sind wie eine Autobahnspur (2,70 Meter) soll eine Mega-Betonkugel zur „Tiefseetaucherin“ werden. Auf dem Meeresboden wird sie in 700 Metern Tiefe einem Druck von 70 Bar standhalten müssen und soll dann im Test zeigen, dass sie auch dort Strom speichern kann. Wann das passiert, ist noch offen.

Viele Kugeln. Eine Lösung.
HOCHTIEF kann die Kugel bauen, aber was bringt sie? Sicherheit und Flexibilität für das Stromnetz. Aber eine Kugel allein macht noch keinen Sommer. Ein ganzer „Kugel-Park“ aber, etwa mit 80 dicht an dicht angeordneten Kugeln, kann mit dem gespeicherten Strom vorübergehend eine ganze Metropole versorgen. Geeignete Standorte für den Einsatz von StEnSea haben die Forscher des Fraunhofer-Instituts vor Norwegen, Spanien, den USA und Japan ausgemacht. Würden alle Standorte weltweit erschlossen, kalkulieren sie eine elektrische Gesamtspeicherkapazität von über 800 Terawattstunden. Das entspricht etwa dem fünffachen der in Deutschland eingespeisten Kraftwerksleistung.

Das Projekt wird unter den Förderkennzeichen 0325584A (HOCHTIEF) und 0325584B (Fraunhofer IWES) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Weiterführende Informationen

05.05.2017
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