Das regionale Stromnetz stabilisieren – mit neuartigen Pumpturbinen

An der TU Wien wurde eine neuartige modulare Pumpturbine entwickelt. Dadurch werden nun auch kleine, kompakte Speicherkraftwerke wirtschaftlich sinnvoll. Präsentiert wird die Innovation auf der Hannover Messe 2018.

Die modulare Pumpturbine der TU Wien für regionales Strommanagement und das Modell einer Pumpturbine – bestehend aus drei Modulen

Die modulare Pumpturbine der TU Wien für regionales Strommanagement und das Modell einer Pumpturbine – bestehend aus drei Modulen

Sonnenschein und Wind richten sich nicht nach den Bedürfnissen der Elektrizitätswirtschaft. Um die Stromnetze bei steigendem Anteil alternativer Energieträger stabil zu halten, braucht man ökonomisch sinnvolle Speichertechnologien. Pumpspeicherkraftwerke eignen sich bestens dafür. Allerdings waren sie bisher nur in großem Maßstab wirtschaftlich sinnvoll. Jetzt steigt der Bedarf, mit kleineren Speichern die untergeordneten, regionalen Stromnetze zu stabilisieren. Teure Stromleitungen können so eingespart werden
An der TU Wien wurde eine neue, flexible Pumpturbine entwickelt, die hydraulische Energiespeicher auch im niedrigen Leistungsbereich rentabel macht. Statt eines Stausees genügen in Zukunft kleine Wasserreservoirs, um Schwankungen im regionalen Verteilnetz auszugleichen.

Lukrative Energiespeicher – auch im Kleinformat
Pumpspeicherkraftwerke gibt es schon lange: Überschüssiger Strom wird genutzt, um Wasser ins Gebirge zu pumpen. Bei Bedarf kann mit dem gespeicherten Wasser eine Turbine angetrieben werden. Lukrativ sind solche Anlagen bisher aber nur ab einer gewissen Größe: „Pumpspeicherkraftwerke sind heute Großanlagen mit einer Leistung von mehreren hundert Megawatt und mit individuell konstruierten Maschinen“, sagt Prof. Eduard Doujak vom Institut für Energietechnik und Thermodynamik der TU Wien. „Unser neues System lässt sich kostengünstig im niedrigen Megawatt-Bereich einsetzen – von 0,5 bis 15 MW.“

Das Herzstück des Systems ist eine neuartige Pumpturbine. Ein einziger Maschinenstrang kann – je nach Betriebsrichtung – sowohl Wasser nach oben pumpen als auch die Energie des herabfließenden Wassers in elektrischen Strom umwandeln. Neu an der Pumpturbine der TU Wien ist, dass sie modular aufgebaut ist. Baukastenartig kann man je nach Bedarf die optimale Maschine individuell zusammenstellen. Jeder Maschinensatz besteht aus mehreren Stufen. Ihre Zahl kann in dem an der TU Wien entwickelten System von eins bis fünf variiert werden – je nach Fallhöhe und benötigtem Durchfluss. Diese Variationsmöglichkeit besteht sowohl für den hydraulischen Teil als auch für den Motor-Generator-Teil.

Dadurch kann man die Module in großer Stückzahl fertigen, die Stückkosten sinken erheblich, und trotzdem lassen sich Systeme herstellen, die an die regionalen Anforderungen individuell angepasst sind. Man erhält kompakte Systeme, die sich ideal dafür eignen, ungewünschte Schwankungen im Nieder- oder im Mittelspannungsnetz regional auszugleichen.

Kleinere Wasserreservoirs können damit für das regionale Management der schwankenden Strombereitstellung aus Alternativenergien genutzt werden – zum Beispiel Beschneiungsspeicher, in denen Wasser für Schneekanonen gesammelt wird, oder stillgelegte Kohleminen im europäischen Flachland.

Es gibt bereits eine Reihe konkreter Fallstudien über mögliche Anwendungsorte sowie Szenarien für die Wirtschaftlichkeit der modularen Pumpturbine der TU Wien. Gesucht werden nun Netzbetreiber oder Energieversorger, die das patentierte Verfahren der TU Wien im Detail kennenlernen und umsetzen wollen. Sowohl die Strömungssimulationen für den Hydraulikteil als auch die Berechnungen für den elektrischen Teil sind abgeschlossen. „Mit der Umsetzung kann begonnen werden.“, sagt Prof. Christian Bauer, Leiter des Forschungsbereichs Strömungsmaschinen. „Zu den benötigten Maschinenherstellern bestehen gute Kontakte, was wir jetzt brauchen ist ein erster Auftraggeber. Die Produktion der ersten Maschine für den Feldeinsatz ist bereits mit einem Zeithorizont von etwa zwölf Monaten möglich.“


Auf der Hannover Messe werden vom 23.4. bis 27.4.2018 in Halle 5 auf Stand D18 neben der modularen Pumpturbine auch folgende Innovationen von der TU Wien sowie einem Spin-off präsentiert:
- Kompakter Hochleistungswärmespeicher: lange Speicherzeit, hochdynamisch – z. B. zur Vermeidung von Kaltstarts von Motoren
- Neues Filter- und Kompressorsystem für den Transport von hochreinem Wasserstoff über das herkömmliche Gasnetz - HylyPure®
- Elektrischer „Planetengenerator“: kompakt, bis zu 1/3 weniger Gewicht, geringe Herstellungskosten, für niedrige Antriebsdrehzahlen – z. B. Windturbinen
- Sensorlose Magnetlager: höchste Dynamik, erhöhte Sicherheit, reduzierte Kosten und Baugröße
- Sensorlose Motorenregelung: für kostengünstige Reluktanzmotoren  – als Ersatz für Asynchronmaschinen –sowie für Permanentmagnet-Motoren
- Neuartige Messtechnik von Geschwindigkeit und gleichzeitig Konzentration in Flüssigkeiten
- Erster handlicher Scanner zur Qualitätskontrolle in der Liefer- und Verarbeitungskette von Bitumen
- Hot Lithography: hochpräziser 3D-Druck von Hochleistungskunststoffen für die Industrie – gemeinsam mit Cubicure, einem Spin-off der TU Wien
- Neuartige Polyimid-Partikel für Hochleistungs-Komposite: höchste mechanische, thermische, chemische und Strahlungs-Resistenz, geringste Wärmedehnung und Gewicht



Bilderdownload: www.tuwien.ac.at/hm2018

Rückfragehinweise:
Bei wissenschaftlichen Fragen:

Prof. Christian Bauer
Institut für Energietechnik und Themodynamik
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
Technische Universität Wien
T: +43-1-58801-302401
christian.e302.bauer(at)tuwien.ac.at 

Prof. Eduard Doujak
Institut für Energietechnik und Themodynamik
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
Technische Universität Wien
T: +43-1-58801-302404
M: 0660/1021968
eduard.doujak(at)tuwien.ac.at 

Zum Auftritt der TU Wien bei der Hannover Messe:

Dipl.-Ing. Peter Heimerl
Fachbereich Forschungsmarketing
Technische Universität Wien
Karlsplatz 13, 1040 Wien
T +43-1-58801-406110
M +43-664-605883320
forschungsmarketing(at)tuwien.ac.at