21.08.2013, 08:09 Uhr

Schwungräder - Energiespeicher und Netzstabilisator zugleich

Münster - Das Prinzip von Schwungrädern (engl. Flywheel), welches sich an dem Vorbild von Töpferscheiben orientiert und bereits seit Jahren bekannt ist, erlangte in den letzten Jahren erneut vermehrt an Bedeutung. Vor allem im Bereich der Energiespeicherung sowie der Netzstabilisierung wurde die Technik zuletzt verstärkt eingesetzt. Weitere Investitionen in die Forschung sollen zukünftig das Potenzial erhöhen und die Kosten senken.

Einfaches Prinzip mit hohem Wirkungsgrad

Das Schwungrad ähnelt dem Prinzip einer Töpferscheibe und macht sich den Trägheitsmoment zu nutze. Dabei fungiert ein Elektromotor sowohl als Antrieb, welcher das Schwungrad bzw. den Rotor beschleunigt, als auch als Generator, der die kinetische Energie des drehenden Rotors in elektrische Energie umwandelt. Reibungswinderstände, die in der Vergangenheit den Wirkungsgrad stark reduzierten, wurden durch den Betrieb im Vakuum sowie die Nutzung magnetische Felder und elektromagnetischer Lager fast vollständig aufgehoben. Der Wirkungsgrad eines Schwungrades wird somit auf 80 bis 95 Prozent beziffert.

Breites Anwendungsgebiet bietet große Potenziale

Sowohl die Automobilindustrie, Energieunternehmen als auch Kraftwerksbetreiber entdeckten in den letzten Jahren vermehrt die Vorzüge von Schwungrädern. In der Automobilindustrie wird über den möglichen Einsatz zur Energierückgewinnung geforscht, um den Spritverbrauch zu senken. Volvo vermeldete 2013 bereits erste Erfolge mit einer Spriteinsparung von 25 Prozent. Besonders bei der Weiterentwicklung von Hybrid- und Elektroautos dürfte dies von großem Interesse sein, da hierdurch die Reichweite stark vergrößert und zusätzliche Energie eingespart werden könnte.

Eine weitere Anwendung findet neuerdings auch vermehrt in der Windindustrie statt. Bereits 2004 wurde in Norwegen in der Gemeinde Utsira in Verbindung mit zwei Windrädern sowie einem Elektrolyseur und einer Brennstoffzelle ein Schwungrad in Betrieb genommen. Die Inbetriebnahme erlaubte erstmals eine Insel autark mit Strom zu versorgen, da Leistungsschwankungen mit Hilfe des Schwungrades abgefangen werden konnten.

Weitere Anwendung in der Windkraft fand das Schwungrad 2010 im kalifonischen Windpark in Tehachapi, wo das Unternehmen Beacon Power ein Schwungradsystem installierte, welches die Kapazität erweitern und das Stromnetz vor Schwankungen stabilisieren sollte. Über eine externe Kontrollstelle wurde dem Betreiber ermöglicht, die Schwungräder zur Netzregulation sowie für Netzstabilisierung durch Stromeinspeisung einzusetzen. Das Projekt verlief bisher erfolgreich.

Perspektiven auch für den deutschen Markt

Mit zunehmendem Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland steht vermehrt das Problem von Netzschwankungen sowie damit verbundenen Speichertechnologien im Raum. Schwungräder könnten hierbei zur Netzregulierung sowie zum Ausgleich kurzfristiger Leistungsabfälle eingesetzt werden. Derzeit nimmt die Technik, trotz ermutigender Erfahrungen im Ausland, aufgrund der teils hohen Investitionskosten hierzulande keinen großen Stellenwert ein. Zukünftig ist jedoch, vor allem durch die jüngsten Forschungsergebnisse im Bereich der Automobilindustrie, mit einer Zunahme der effizienten Technik zu hoffen.


© IWR, 2013