Liquid Air Energy Storage - ein Baustein in der Energiewende

Flüssigluftspeicher (Liquid Air Energy Storage, LAES) sind eine vielversprechende Technologie zur Speicherung überschüssigen Stroms aus erneuerbaren Energiequellen und zur Stabilisierung von Stromnetzen. Die Idee ist einfach: In Zeiten mit viel Wind- und Solarstrom wird elektrische Energie genutzt, um Luft zu verflüssigen. Wenn der Strombedarf steigt, wird diese Flüssigluft wieder in gasförmigen Zustand gebracht, treibt eine Turbine an und erzeugt so Strom.

Technische Ausführung und Funktionsweise 

Die LAES-Technologie besteht im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten:

1. Ladephase (Verflüssigung): Überschüssiger Strom treibt eine Kälteanlage an, die Umgebungsluft auf rund −196° C (Verflüssigungstemperatur Stickstoff) herunterkühlt. Die so komprimierte und gekühlte Luft wird als Flüssigluft in einem isolierten Tank gespeichert.
2. Speicherphase: Die Lagerung von Flüssigstickstoff ist in vielen Industriezweigen eine gängige Methode und erlaubt auch eine längere Lagerzeit bis wenige Wochen.
3. Entladephase (Stromerzeugung): Bei Strombedarf wird die Flüssigluft aus dem Tank entnommen und in einem Verdampfer wieder in ihren gasförmigen Zustand überführt. Dabei dehnt sie sich stark um das 700-fache aus und treibt eine Turbine an, die mit einem Generator verbunden ist. Dieser Generator erzeugt dann wieder Strom.

Um die Effizienz zu steigern, wird die bei der Verflüssigung entstehende Wärme gespeichert und während der Entladephase zur Erwärmung der Luft vor der Turbine genutzt. Dies erhöht die nutzbare Energieausbeute erheblich.

Speicherkapazität und Effizienz 

Die Speicherkapazität eines LAES-Systems hängt von der Größe der Flüssiglufttanks ab. Es ist eine skalierbare Technologie, die sowohl für kleinere lokale Netze als auch für große industrielle Anwendungen geeignet ist. Die Tanks können in fast jeder Größe gebaut werden, was eine hohe Flexibilität ermöglicht. Typische LAES-Anlagen können über einen Zeitraum von mehreren Stunden bis zu Tagen Strom liefern und haben im Mittel etwa 50 MW Entladeleistung bei 300 MWh Kapazität. Mehrere 100 MW Leistung und bis in den GWh-Bereich Speicherkapazität sind realisierbar.

Der Wirkungsgrad von LAES-Anlagen, also das Verhältnis von eingespeicherter zu entnommener elektrischer Energie, liegt typischerweise bei 50-60 %. Durch die Nutzung der Abwärme und der Abkühlung lässt sich der Wirkungsgrad auf bis zu 70 % steigern.

Nachteile von LAES 

Der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu Pumpspeicherkraftwerken (75-85 %) oder Batteriespeichern (85-95 %) noch relativ gering. Auch ist der Flächenbedarf verglichen mit Batteriespeichern groß und die Anfangsinvestitionen erheblich.

Vergleich mit weiteren Speicherverfahren

• Flüssigsalzspeicher: Diese speichern Wärme in geschmolzenem Salz. Sie sind vor allem für thermische Speicher in Solarkraftwerken oder als Kurzzeitspeicher in industriellen Anwendungen geeignet. Die Speicherkapazität ist hier eher auf die Wärme als auf elektrische Energie ausgerichtet (Wärmewende). Die Speicherdauer ist in der Regel kürzer als bei LAES.
• Wasserstoffspeicher: Wasserstoff wird durch Elektrolyse mit überschüssigem Strom erzeugt und gespeichert. Bei Bedarf wird er in Brennstoffzellen wieder zu Strom umgewandelt. Der Wirkungsgrad der gesamten Kette (Elektrolyse, Speicherung, Rückverstromung) liegt oft ebenfalls nur bei 35-50 %. Wasserstoff hat aber den Vorteil, dass er als Energieträger in vielen Sektoren (Verkehr, Industrie) einsetzbar ist, während LAES rein der Stromspeicherung dient. Allerdings ist die Infrastruktur für Wasserstoff noch im Aufbau und die Speicherung ist aufwändiger.

Im Fazit sind LAES eine aussichtsreiche Technologie, die besonders bei großem Speicherbedarf und als Alternative zu Pumpspeicherkraftwerken in Gegenden ohne geeignete Geografie interessant ist. Anbieter sind zum Beispiel Sumitomo Heavy Industries oder Highview Power.