Anwendung des Schwungradspeichers

Durch ein Ungleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -verbrauch kommt es zu Frequenzschwankungen im Stromnetz. Da nur geringe Abweichungen toleriert werden können, um die Netzstabilität und den Schutz von am Netz angeschlossenen Geräten zu gewährleisten, sind frequenzstabilisierende Maßnahmen nötig.

Herausforderungen durch die Energiewende

Konventionelle Kraftwerke können durch ihre massiven, trägen Turbinen intrinsisch Trägheit, auch Momentanreserve genannt, bereitstellen. Im Zuge der Energiewende werden konventionelle Kraftwerke durch regenerative Erzeuger wie Photovoltaik und Windenergieanlagen ersetzt, die über Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen sind. Dies führt zu einer Verringerung der Netzstabilität, da die Momentanreserve des Netzes abnimmt. Mit Hilfe der Momentanreserve wird Frequenzabweichungen entgegengewirkt. Von 1996 bis 2016 hat die Momentanreserve innerhalb des Europäischen Verbundnetzes um etwa 20 % abgenommen.

Der Ersatz konventioneller Kraftwerke durch erneuerbare Energien reduziert die Netzstabilität durch eine Verringerung der Momentanreserve.

Quelle: Researchgate.net

Hydraulische Schwungradspeicher zur Stabilisierung der Netzfrequenz

Eine Möglichkeit, den Bedarf nach Momentanreserve zukünftig zu decken, stellt der hydraulische Schwungradspeicher dar. Wird das Schwungrad mechanisch mit rotierenden elektrischen Maschinen gekoppelt, können Abweichungen der Netzfrequenz ausgeglichen werden. Das hydraulische Schwungrad versucht intrinsisch, seine Drehzahl konstant zu halten, indem es sein Trägheitsmoment variiert. Dadurch kann es dem Netz bei Unterfrequenz zusätzliche Energie abgeben oder bei Überfrequenz Energie aufnehmen.

Hydraulische Schwungradspeicher können Netzfrequenzabweichungen ausgleichen, indem sie Energie speichern und bei Bedarf abgeben.

Anwendung in der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV)

Um den störungsfreien Betrieb kritischer Infrastruktur, wie Krankenhäuser, Rechenzentren oder Leitstellen zu garantieren, ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) notwendig. Diese stellt sicher, dass kritische Lasten auch bei Stromausfällen oder starken Frequenz- und Spannungsschwankungen weiter versorgt werden. Der hydraulische Schwungradspeicher kann in solchen Szenarien als Kurzzeitspeicher die Zeit überbrücken, bis Netzersatzaggregate (häufig Dieselgeneratoren) vollständig einsatzbereit sind.

Schwungradspeicher können die Stromversorgung während eines Stromausfalls sichern, bis Notstromgeneratoren aktiv werden.

Effizienzsteigerung im öffentlichen Nahverkehr

In einer klimaneutralen Zukunft spielt der öffentliche Nahverkehr eine zentrale Rolle. Diese Verkehrsmittel, wie Züge, Busse und Straßenbahnen, sind durch häufige Start- und Bremsvorgänge gekennzeichnet. Der HYDRAD-Speicher könnte hier eine effiziente Lösung bieten, indem er Energie von Bremsvorgängen speichert und diese beim nächsten Anfahrvorgang wieder bereitstellt. Dies könnte sowohl bei Verbrennungsmotoren als auch in elektrisch betriebenen Fahrzeugen umgesetzt werden.

Schwungradspeicher können Energie beim Bremsen speichern und später für den Antrieb von Verkehrsmitteln nutzen.

Unterstützung bei Schnellladestationen für E-Autos

Ein weiteres Einsatzfeld des hydraulischen Schwungradspeichers ist die kurzfristige Bereitstellung von hohen Leistungen an Schnellladesäulen für E-Autos. Der Speicher könnte über einen längeren Zeitraum mit geringer Leistung beladen werden und diese Energie bei einem Schnellladevorgang in kurzer Zeit abgeben. So könnte eine schnelle Beladung des Fahrzeugs gewährleistet und gleichzeitig eine Entlastung des Stromnetzes realisiert werden.

Schwungradspeicher können bei Schnellladestationen für E-Autos kurzfristig hohe Leistungen bereitstellen und das Stromnetz entlasten.