Idee und Funktion

Das Grundkonzept des hydraulischen Lageenergiespeichers beruht auf dem hydraulischen Anheben einer sehr großen Gesteinsmasse mit Wasserpumpen. Dabei nimmt die Gesteinsmasse potentielle Energie auf und kann diese wieder abgeben, wenn das unter Druck stehende Wasser über eine Turbine wieder abgeleitet wird. 

Die entscheidende Größe bei einem solchen Energiespeicher liegt in der Speicherkapazität. Wählt man für den Lageenergiespeicher einen Kolben mit Radius r und einer Länge l=2r, so kann dieser bis zur Höhe h=r angehoben werden. Die Höhe h=r ergibt sich aus der Überlegung, dass die Dichtung etwas oberhalb des Schwerpunkts, also im Abstand r oberhalb des Zylinderbodens liegen muss, damit der Zylinder hydrostatisch stabil schwimmt. 

Die Speicherkapazität E beträgt mit der Dichte ρr des Gesteins und der Dichte ρw des Wassers sowie der Erdbeschleunigung g:

    E = (2ρ- 3/2ρw)πgr4

Entscheidend ist der letzte Term; der Radius taucht in der vierten Potenz auf. Dies hat zwei wichtige Konsequenzen. Zum einem kann die Speicherkapazität durch Verdopplung des Radius auf das 16-fache gesteigert werden, zum anderem steigen die Baukosten nur mit etwa der zweiten Potenz des Radius. Mithin sinken die relativen Kosten pro Energieeinheit aus geometrischen Gründen proportional zu 1/r².

Bereits ein Durchmesser von 250 Metern ergäbe eine Speicherkapazität von 8 GWh, vergleichbar mit dem größten deutschen Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal (8,4 GWh).

Speicherkapazität bei verschiedenen Größen

Kapazität [GWh] 1,0 3,0 8,0 80
Anzahl der Verbraucher, die 24h versorgt sind* 250.000 750.000 2 Mill 20 Mill
Durchmesser [m] 150 200 250 500
Wasservolumen [1000 m³] 1.340 2.380 5.990 38.580
Druck [bar] 41 67 71 105
*basierend auf einem Verbrauch von 4 KWh pro Person/Tag.

Der Wirkungsgrad des Lageenergiespeichers ist mit ca. 80% vergleichbar mit dem eines Pumpspeichers.

Abdichtung des Systems