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TECHNIK

Funktionsprinzip des Energiespeichers mit Druckluft                   Wirkschema           Ablaufschema

Der Druckluftenergiespeicher basiert auf den physikalischen Grundlagen von Hydraulik und Pneumatik. Die Nachteile der Pneumatik (Wärme– und Kälteverluste) können in Verbindung mit der Hydraulik weitgehend kompensiert werden.  Hydraulische Systeme haben einen sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 90 %.

Das Speichern und die Bereitstellung von Energie erfolgt jeweils nach dem gleichen Arbeitsprinzip. Beim Speichervorgang (Komprimierung) wird das Hydrauliköl über eine hydraulische Pumpe (Hydraulikmotor) mittels elektrischer Energie in mehrere Hochdruckzylinder gepumpt. Die Kolben der Hochdruckzylinder drücken und verdichten die in den Speicherbehältern befindliche Luft bis zu einem Druck von 300 Bar. Bei der Entladung (Dekomprimierung) werden die mit Öl gefüllten Hochdruckzylinder mit dem pneumatischen Druck aus den Speicherdruckbehältern beschickt. Das Öl treibt auch hier einen Hydraulikmotor an, der wiederum einen Stromgenerator antreibt und die erzeugte elektrische Energie an die Verbraucher abgibt. Um eine kontinuierliche Arbeitsweise zu erreichen, werden mehrere Hochdruckzylinder parallel und hintereinander eingesetzt. Durch die parallele Anordnung der Zylinder in Verbindung mit einer entsprechenden Steuerung kann die bei Kompressoren schädliche Hitzeentwicklung beim Laden und die zur Vereisung führende Kälteentwicklung beim Entladen kompensiert werden.

Die beim Komprimieren von Luft physikalisch bedingt entstehende Wärme wird an den Kühlwasserbehälter der Anlage abgegeben und geht damit energetisch nicht verloren. Die darin gespeicherte Wärme kann z.B. über einen Wärmetauscher für den Wärmebedarf (Brauchwasser, Raumheizung) außerhalb der Anlage verwendet werden. Ebenso kann die beim Entladen der Druckluftbehälter physikalisch bedingt anfallende Kälte über einen Kältetauscher zur Kühlung außerhalb der Anlage genutzt werden. 

Die Wirkungsgrade von elektrischer Energie (Strom) und Wärmeenergie (Heizung und Kühlung) können innerhalb von Grenzen nach Bedarf im System optimiert und gesteuert werden.

Durch Einbeziehung und Nutzung der beim Komprimieren anfallenden Wärmeenergie und der beim Dekomprimieren von Druckluft entstehenden Kälteenergie kann ein sehr hoher Gesamtwirkungsgrad für das Speichersystem erreicht werden. Wirkungsgrade sind in dieser Übersicht (Link) dargestellt.

Als Speicherbehälter dienen handelsübliche 80Liter-Pressluftflaschen, in denen die Luft bis auf 300 Bar verdichtet wird. Das Komprimieren der Luft durch die Hydraulikpumpe kann mit passender Leistung (max. 20 kW beim Piloten) von einer externen Stromquelle erfolgen. Stromquellen können PV, Windgenerator oder beliebige andere Stromerzeuger sein. Beim Entladen des Speichers zum Generieren von Strom kann eine Leistung von 10 kW kontinuierlich durch den Verbraucher abgerufen werden. Lade- und Entnahmeleistung sind unabhängig von der gespeicherten Energiemenge.

Natürlich kann auch die beim Laden erzeugte Druckluft als Energieträger zur Anwendung in Druckluftnetzen von Unternehmen eingespeist werden (z.B. 10 bar Niederdruck). Es ist auch möglich das System nur als effizienten Kompressor von Druckluft mit 50 -60% Wirkungsgrad zu betreiben.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Kompression von Gasen, insbesondere Biogas, welches in landwirtschaftlichen Biogasanlagen erzeugt und bis zum geeigneten Verwendungszeitpunkt gespeichert werden muß.  Zusätzlich kann das hochkomprimierte Gas auch noch zur Stromgewinnung wiederverwendet werden, wodurch ein Mehrfachnutzen entstehen kann. Auch Faulgase in Kläranlagen können nach diesem Prinzip komprimiert und verstromt werden. Durch die rein hydrauilsch-pneumatische Arbeitsweise kann eine Explosionsgefahr ausgeschlossen werden.

Die gespeicherte Energie kann jederzeit und ohne Zeitverzögerung abgerufen werden.

Durch Beistellung zusätzlicher Druckluftflaschen kann die Energiespeicherkapazität der Anlage beliebig skaliert werden. 

Das gesamte Speichersystem besteht aus oder basiert auf handelsüblichen Bauteilen. Der Platzbedarf des Speichersystems liegt bei ca. 3 qm.

Eine Pilotanlage mit oben beschriebener Funktionalität wurde erstellt und steht für Demonstrationszwecke bereit.

Für den hier konzipierten Druckluftspeicher bestehen Gebrauchsmusterschutz und patentrechtliche  Anmeldungen.

In einer unserem Piloten entsprechenden Versuchsanlage (nicht isoliert oder optimiert) wurden folgende Werte festgestellt:
Gesonderte Darstellung des Wirkungsgrades (Link)

Wirkungsgrade berechnete Werte
35% elektrisch (gemessen) bis 48%
36% Wärme (gemessen) bis 26%
16% Kälte (geschätzt) bis 14%
Im Vordergrung der Pilotentwicklung standen nicht hohe Wirkungsgrade,
sondern die Erprobung von Funktionalität. Messung und Optimierung des
Wirkungsgrades sind Gegenstand der weiteren Entwicklung.

Weitere technische Einzelheiten können wir momentan aus patentrechtlichen Gründen nicht nennen.