Druckluft-Energiespeicher

Bidirektionale Niederdruckstufe während der Inbetriebnahme an der FHNW.

Ausgangslage

Erneuerbare Energien wie Wind und Sonne verlangen effiziente Speichertechnologien. Green-Y Energy AG entwickelt einen Druckluft-Energiespeicher, der zusätzlich die prozessbedingte Entstehung von Wärme und Kälte nutzt. Beim Laden des Speichers wird Luft auf 300 bar verdichtet und in Druckluftflaschen gespeichert. Die dabei entstehende Wärme kann im Heizkreislauf des Gebäudes genutzt werden. Beim Entladen wird die Druckluft entspannt und über einen Generator Strom erzeugt. Die Kälte, welche durch das Entspannen der Luft anfällt, wird dem Kältenetz des Gebäudes zugeführt.

Im Innovationsprojekt, unterstützt von Innosuisse, wurde die Niederdruckstufe des Druckluftspeichers durch das ITFE entwickelt und gebaut. Sie basiert auf einem volumetrisch fördernden Kompressor und stellt damit die erste ihrer Art dar. Im Gegensatz zur Batterie ist die Effizienz elektrisch zu elektrisch niedriger, da die Umwandlung von elektrischer zu pneumatischer Energie grössere Verluste verursacht. Allerdings machen die anfallende Wärme und Kälte den Speicher zur Wärmepumpe, was dieses System einzigartig macht.

Schematischer Aufbau des Druckluft-Energiespeichers von Green-Y Energy AG.

Ziele

Ziel des Projekts ist es, die Niederdruckstufe des Druckluft-Energiespeichers basierend auf einer markterprobten Kompressor-Technologie zu entwickeln, diese ebenso als Expander einzusetzen und letztlich in einer bidirektionalen Maschine zu vereinen. In der bidirektionalen Anlage erfolgen die Komprimierung und Entspannung des Gases über die gleiche Maschine. Für die Wirtschaftlichkeit der Anlage muss die Effizienz elektrisch zu elektrisch gesteigert werden. Ebenso müssen die Temperaturniveaus von Wärme und Kälte an die Bedürfnisse des Gebäudenetzes angepasst sein.

Ergebnisse

In der ersten Phase des Projekts wurde ein volumetrisch fördernder Kompressor zum Expander umgebaut und nachgewiesen, dass sowohl Strom zurückgewonnen als auch Kälte für die Anwendung in Industriegebäuden zur Verfügung gestellt werden kann. In der zweiten Phase wurde das System mit einer neuen, bidirektionalen Anlage vereinfacht. Kompressor und Expander wurden in einer Maschine vereint, was die Anschaffungskosten erheblich reduziert.

Exemplarischer Leistungsverlauf über einen Tag bei einem Industriegebäude mit dem Potenzial des Druckluft-Energiespeichers von Green-Y Energy AG.

Der Kompressor wurde erfolgreich bei einem Austrittsdruck von 40 bar betrieben und die Wärme auf dem geforderten Temperaturniveau abgegriffen. Druckluft konnte erfolgreich über den Expander entspannt und dabei in Strom und Kälte umgewandelt werden.

Green-Y Energy AG entwickelte gleichzeitig die Hochdruckstufe, welche den Druckbereich von 40 bar bis 300 bar abdeckt, um die Druckluft in Flaschenbündeln zu speichern. Die Niederdruckstufe aus der ersten Phase wurde während des Projekts intensiv im Labor von Green-Y weiterentwickelt, um deren Effizienz zu verbessern. Die bidirektionale Maschine ist mittlerweile bei Green-Y als Pilotanlage im Gebäude integriert und glättet die Lastspitzen der Photovoltaikanlage.