Die Abbildung zeigt eine schematische Konzeptstudie eines Gravitationsenergiespeichers, der überschüssige Energie aus Wind- und Solaranlagen mit einem intelligenten Wasser- und Druckluftsystem verbindet. Das Konzept verfolgt dabei zwei Ziele: Es speichert erneuerbare Energie und trägt gleichzeitig zur langfristigen Rückhaltung und Nutzung von Süßwasser bei.
Im Mittelpunkt der Anlage steht eine große zylindrische Energiesäule, die etwa zur Hälfte in den Boden eingelassen ist. Im Inneren bewegt sich ein luftdicht abschließender Kolben, der den gesamten Innendurchmesser der Säule ausfüllt. Der Kolben wird mit Wasser befüllt und nutzt dessen Gewicht, um beim langsamen Absenken die unter ihm eingeschlossene Luft zu komprimieren.
Die entstehende Druckluft wird direkt am Boden der Säule über eine Hochdruckleitung abgenommen und in ein separates unterirdisches Druckluftspeicherfeld geleitet. Wasser- und Druckluftsystem bleiben dabei vollständig voneinander getrennt. Während das Wassersystem einen geschlossenen Kreislauf bildet, dient das Druckluftsystem ausschließlich der Speicherung und späteren Nutzung der erzeugten Druckenergie.
Erreicht der Kolben den unteren Endpunkt der Säule, öffnet sich automatisch ein Ventil. Das Wasser fließt unmittelbar in den unterhalb der Säule angeordneten unterirdischen Wasserspeicher. Der Kolben verliert dadurch nahezu sein gesamtes Gewicht und kann mithilfe eines Teils der gespeicherten Druckluft wieder in seine obere Ausgangsposition angehoben werden.
An der Oberfläche befindet sich eine Pumpstation, die direkt mit einem Wind- und Solarpark verbunden ist. Steht überschüssige erneuerbare Energie zur Verfügung, wird das Wasser aus dem unterirdischen Speicher wieder in den Kolben gepumpt. Damit beginnt der Kreislauf erneut.
Die Wasserrückhaltefunktion
Das Besondere an diesem Konzept ist, dass der unterirdische Wasserspeicher nicht ausschließlich Bestandteil des Energiesystems ist. Er übernimmt gleichzeitig die Funktion eines regionalen Wasserrückhaltespeichers.
Anstatt Niederschlags- oder Schmelzwasser möglichst schnell über Flüsse in Richtung Meer abzuleiten, kann Wasser gezielt zurückgehalten und gespeichert werden. Dadurch entsteht ein doppelter Nutzen: Das Wasser dient einerseits als Arbeitsmedium für den Energiespeicher und bleibt andererseits langfristig für wasserwirtschaftliche Aufgaben verfügbar.
Ein solcher Wasserspeicher kann dazu beitragen,
- Niederschlags- und Schmelzwasser in der Region zu halten,
- den Grundwasserspiegel langfristig zu stabilisieren,
- Trockenperioden besser zu überbrücken,
- Hochwasserspitzen nach Starkregen abzuschwächen,
- Wasser für Landwirtschaft und Bewässerung bereitzustellen,
- Flüsse und Feuchtgebiete in niederschlagsarmen Zeiten zu unterstützen,
- die Wasserversorgung von Städten und Gemeinden zu sichern,
- die Landschaft widerstandsfähiger gegenüber den Folgen des Klimawandels zu machen.
Der Energiespeicher erfüllt damit nicht nur eine energiewirtschaftliche Aufgabe, sondern wird gleichzeitig Bestandteil einer modernen Wasserinfrastruktur.
Nutzung der Druckluft
Die im Druckluftspeicherfeld gespeicherte Druckluft kann unabhängig vom Wasserkreislauf genutzt werden, beispielsweise für
- Druckluftturbinen zur Stromerzeugung,
- industrielle Druckluftnetze,
- Druckluftmotoren,
- pneumatische Maschinen,
- Mobilitätsanwendungen,
- Notstrom- und Reservestromsysteme,
- Druckluftwerkzeuge,
- weitere Druckluftspeicher oder industrielle Prozesse.
Dadurch entsteht ein vielseitiger Energieträger, der zeitlich unabhängig von der Stromerzeugung aus Wind und Sonne eingesetzt werden kann.
Mehrfachnutzen des Gesamtsystems
Das dargestellte Konzept verbindet mehrere Aufgaben in einer gemeinsamen Infrastruktur:
- Speicherung überschüssiger Wind- und Solarenergie,
- Bereitstellung von Druckluft als universellem Energieträger,
- langfristige Rückhaltung wertvollen Süßwassers,
- Stabilisierung regionaler Wasserhaushalte,
- Entlastung der Stromnetze,
- Verbesserung der Versorgungssicherheit,
- Unterstützung einer klimaangepassten Wasserwirtschaft,
- nachhaltige Nutzung vorhandener natürlicher Ressourcen.
Damit wird die Anlage zu einer Mehrzweckinfrastruktur, die Energieversorgung und Wasserwirtschaft miteinander verbindet. Gerade in Zeiten zunehmender Trockenperioden und gleichzeitig wachsender Anteile erneuerbarer Energien könnte eine solche Kopplung beider Bereiche zusätzliche gesellschaftliche und ökologische Vorteile bieten.
Hinweis
Die dargestellte Anlage ist eine schematische Konzeptstudie. Sie veranschaulicht das vorgeschlagene Funktionsprinzip eines Gravitationsenergiespeichers mit getrenntem Wasser- und Druckluftsystem sowie integrierter Wasserrückhaltefunktion. Ob und in welchem Umfang ein solches System technisch, energetisch, wasserwirtschaftlich und wirtschaftlich realisierbar ist, müsste durch detaillierte ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen, Simulationen und praktische Erprobungen geprüft werden. Dabei wären insbesondere Wirkungsgrade, Materialbeanspruchung, Dichtsysteme, Druckbehälter, Wasserbewirtschaftung, Sicherheitsanforderungen sowie die Gesamtenergiebilanz wissenschaftlich zu bewerten.
