Schwungradspeicher für die kurzfristige Energiespeicherung

Windrad unterm Himmel
Die Schwungradtechnik für kurzfristige Stromspeicherung wird in der Energie- und Heiztechnologie von Stromnetz- und Windkraftanlagenbetreibern genutzt. Die Funktion basiert auf der Rückgewinnung hineingesteckter Energie. Bei einem Windrad bewegt die Rotationsenergie der Flügel das im Speicher befindliche Schwungrad. Dieses im Schwungradspeicher ebenfalls als Rotor bezeichnete Bauteil wird bei nachlassender
Einspeisungsenergie abgebremst. Dieser Vorgang erlaubt das teilweise „Abnehmen“ der entstandenen Energie.

Der Zustand zwischen Aufnahme und Abnahme von Energie ist in sehr kurzen Zeiträumen innerhalb weniger Millisekunden möglich. Zeitnahe Rückgewinnungsphasen nach dem Umschalten vom produzierenden in den abzapfenden Status erlauben Spitzeneffizienzen von über 90 Prozent.

Hohe Effizienz im Kurzfristeinsatz

Der technische Vorgang ist bei der Nutzung als Energiespeicher vom Faktor Zeit abhängig.

  • Ein Schwungradspeicher entlädt während nicht vorhandener Energieaufnahme beziehungsweise bei Energieabgabe sehr schnell.
  • Er verliert bis zur Hälfte der gespeicherten Energiereserve in einer Stunde.
  • Daher ist diese Speicherart nicht für das Vorhalten von Energie geeignet.
  • Die schnelle Reaktionszeit prädestiniert die Schwungradtechnik dazu, kurzfristige Spannungsschwankungen und Stromausfälle zu überbrücken.

Typisches Einsatzgebiet ist die Absicherung elektrischer Großverbraucher wie Rechenzentren oder Medizintechnik. In der Heiztechnik sind sie außerdem als Spannungsangleicher für Windräder auch als Notstromaggregate für größere Versorgungsnetze geeignet.

Ausgleich unterschiedlicher Schwankungsursachen

Das stark schwankende Aufkommen vieler regenerativer Energiequellen wie Sonne, Wasser und Wind ist durch einen Schwungradspeicher ausgleichbar. Der permanente Bedarf kann durch Nivellierung sichergestellt werden. Das Funktionsprinzip ist auch auf alle anderen Schwankungsursachen in einem Energieversorgungsnetz anwendbar. So helfen Schwungradspeicher Stromversorgern, in Spitzenlastzeiten die Leistung zu erhöhen.

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Einen Schwungradspeicher kaufen lohnt sich erst und nur, wenn durch die Dimension einer Energiegewinnungsanlage Spannungsschwankungen die konkrete Nutzung beeinträchtigen. Wenn der Sonnenschein über einer privaten Solaranlage stark wechselt, puffern herkömmliche Speichersysteme die Versorgungsschwankungen. Ein Technik- oder Betriebsrisiko aus Unter- oder Überspannung entsteht nicht.

Schwungradspeicher im privaten Bereich nur bedingt tauglich

In der Heizungs- und Energietechnik werden Schwungräder noch nicht als Speichermedium in alltagstauglicher Form angeboten. Die Nischenprodukte sind in haushaltsfähigen Größen und Ausführungen nur aus Spezialanwendungsbereichen erhältlich. Dadurch betragen die Kosten für einen Schwungradspeicher das Mehrfache einer Lösung mit anderen Speichermedien wie Akkus oder Batterien.

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Für größere Heizungsanlagen wie beispielsweise virtuelle Nachbarschaftskraftwerke mit Strom-Wärme-Kopplung kann die Schwungradtechnik mit anderen Speicherformen kombiniert werden.
Ein wichtiger Aspekt bei der Wahl und Montage eines Schwungradspeichers ist das hohe Eigengewicht. Schon die kleinsten Elemente bringen Scheibengewichte ab 200 Kilogramm auf die Waage.

Leistung und Dimensionierung ermitteln

Bei der Berechnung eines Schwungradspeichers werden Umdrehungen pro Minute, Lagerung, Größe und Material des Schwungrads zugrunde gelegt. Das deutsche Unternehmen Siemens hat einen Prototyp entwickelt, der als Basis für einen Einsatz in privaten Heizanlagen dienen kann.

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Das runde Gerät hat einen Durchmesser von 60 Zentimetern bei einer Höhe von einem Meter. Das Schwungrad wiegt 260 Kilogramm, ist magnetisch gelagert und dreht sich mit 9.000 Umdrehungen pro Minute. Es erzeugt bis zu 125 Kilowatt.