Haben Sie sich jemals gefragt, warum es in den USA so wenige Stromausfälle gibt? Im Endeffekt läuft es darauf hinaus: Kraftwerke produzieren immer mehr Strom, als die Menschen verlangen.
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Sobald Strom produziert wird, fließen die Elektronen über Stromleitungen zu Haushalten, Unternehmen, Schulen und Krankenhäusern - wo immer sie benötigt werden. Es wird mehr Strom erzeugt, als von den Netzbetreibern erwartet wird, sodass beim Umlegen eines Schalters ein Licht aufleuchtet.
Unabhängig davon, ob Sie das Licht tatsächlich einschalten, drehen die Kraftwerke ihre Turbinen weiter und sind jederzeit bereit, Strom an das Stromnetz zu liefern.
Dieses Problem der überschüssigen Stromerzeugungskapazität ist nachts bei sehr geringem Bedarf noch schlimmer und die Diskrepanz zwischen benötigter und verfügbarer Strommenge ist noch größer. Dies rät von der Nutzung einiger erneuerbarer Energien ab, insbesondere von Windkraft, die hauptsächlich nachts betrieben wird, wenn der Wind am stärksten ist (und wenn die Menschen weniger Strom verbrauchen). Kurz gesagt, viel Strom und vor allem sauberer Strom wird zur falschen Zeit produziert.
Hier kommt der Energiespeicher ins Spiel. Das Speichern und Freigeben von Energie bei Bedarf trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit des Netzes zu gewährleisten und den Weg für die Einspeisung von intermittierenden erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne in den Mix zu ebnen.
Energie- und Technologieunternehmen haben jahrelang daran gearbeitet, das Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage zu beseitigen, und Batterien haben sich als Hauptkonkurrenten für die Speicherung von Strom etabliert. Tesla Inc. investierte beispielsweise über 600 Millionen US-Dollar in seine Gigafactory in Nevada, um Massenmengen an Lithium-Ionen-Batterien herzustellen.
Ein Energieversorgungsunternehmen in Alabama hat jedoch einen anderen Ort gefunden, um große Mengen an überschüssiger Energie in Salzkavernen abzulegen. Eine halbe Meile unter der Erde befindet sich in einer Salzhöhle, die in die Freiheitsstatue passen könnte, die nützlichste Ressource der Power South Energy Cooperative: Luft.
Seit 25 Jahren beherrscht die Genossenschaft die Kunst und Wissenschaft, Luft zu verdichten, in einer Salzgrube unter der Erde zu lagern und daraus Strom zu erzeugen. Das McIntosh-Kraftwerk in McIntosh, Alabama, ist das einzige CAES-Kraftwerk (Compressed Air Energy Storage) in den USA und eines von nur einer Handvoll weltweit.
Nachts, während Sie schlafen und Ihre Geräte ruhen, nutzt die Anlage überschüssigen Strom aus dem Stromnetz, um Luft zu komprimieren und unterirdisch in eine luftdichte Salzhöhle zu pumpen.
„Salz ist ein wunderschöner Speichermechanismus“, sagt Lee Davis, Werksleiter von McIntosh.
Dies liegt daran, dass die Kavernen große, undurchlässige Räume bieten. Die Druckluft bleibt komprimiert und der Luftsauerstoff reagiert nicht mit dem Salz.
Dort wird die Luft bei Drücken zwischen 650 und 1058 PSI gespeichert, etwa einem Zehntel des Drucks einer Hochdruckölquelle.
Wenn die Menschen tagsüber Energie benötigen, wird die Luft an eine Erdgasanlage vor Ort abgegeben, wo sie mit Erdgas erwärmt wird, verbrennt und einen noch heißeren Gasstrom erzeugt, der eine Turbine dreht und Strom erzeugt.
Von oben gesehen sieht die McIntosh-Anlage aus wie ein Standard-Erdgaskraftwerk, aber eine halbe Meile unter der Oberfläche befindet sich ein einzigartiger Energiespeichermechanismus. (Mit freundlicher Genehmigung der South Energy Cooperative) Druckluft ist ein wesentlicher Bestandteil der Stromerzeugung in allen Gaswerken. Es ist die kritische Komponente, die das Gas verbrennt und den Gasstrom erzeugt, der die Turbine dreht. In typischen Erdgasanlagen ist die Erzeugung von Druckluft der energieintensivste Teil des Anlagenbetriebs. Mehr als die Hälfte der von der Turbine erzeugten Energie wird einfach in das System zurückgespeist, um die Luft zu komprimieren.
Die CAES-Anlage von McIntosh ist jedoch in der Lage, die Luft unabhängig vom Stromerzeugungsprozess zu komprimieren, wenn dies am wirtschaftlichsten ist, da sie einen Aufbewahrungsort hat - das Salzbergwerk. Die Anlage verfügt über genügend gespeicherte Luft, um eine 110-Megawatt-Turbine 26 Stunden lang mit Strom zu versorgen und damit bis zu 110.000 Haushalte zu versorgen.
Indem die Luft nachts komprimiert wird, wenn Strom billig und reichlich vorhanden ist, verbraucht die Anlage weniger Erdgas, um die gleiche Strommenge zu erzeugen, anstatt die Turbinenleistung für die Verdichtung zu verwenden. Außerdem können saubere Stromquellen für die Komprimierung verwendet werden.
Obwohl die McIntosh-Anlage derzeit nicht direkt mit erneuerbaren Anlagen zusammenarbeitet, könnte dies durchaus der Fall sein, und das ist die Schlüsselidee. Der zur Verdichtung der Luft verwendete Strom könnte durch Windkraftanlagen erzeugt werden, wie es für das Bethel Energy Center in West-Texas geplant ist. Apex CAES LLC hat 100 Millionen US-Dollar für das Center gesammelt. Wenn es entwickelt würde, wäre dies eine Salz-CAES-Anlage, die mit Wind gekoppelt ist. Das Zentrum plant, den von Windkraftanlagen in der Nähe erzeugten Strom nachts zur Luftverdichtung und tagsüber zur Einspeisung in eine Gasturbine zu verwenden.
Angesichts der Tatsache, dass Erdgasanlagen im ganzen Land auf dem Vormarsch sind, bietet der Druckluftspeicher eine Möglichkeit, erneuerbare Energien zu integrieren und letztendlich weniger Gas zu verbrennen.
Druckluft ist jedoch kein Allheilmittel. Während Erdgasanlagen relativ billig zu bauen und zu betreiben sind, bedeutet der niedrige Erdgaspreis auch, dass weniger Anreize bestehen, Alternativen zu den Anlagen zu erkunden oder Optionen zu installieren, die Gas sparen.
Angesichts der gesunkenen Erdgaskosten und des Risikos, eine relativ neue Technologie einzusetzen, für die es nur wenige Projekte gibt, ist es schwierig, die Zahlen für CAES festzulegen. Das Bethel Energy Center-Projekt befindet sich seit 2011 in der Entwicklung und muss noch weitere 400 Millionen US-Dollar an Kapital aufbringen.
"Etwas Neues und Anderes ist nicht einfach auf den Weg zu bringen", sagt Stephen Naeve, COO von Apex CAES.
Andere Testprojekte sind aufgrund der hohen Entwicklungskosten gescheitert - von den Kosten für die Entsorgung der während des Abbauprozesses entstandenen Salzsole bis zum Risiko, Standorte zu erkunden, die sich als geologisch ungeeignet herausstellen könnten. Was den Speicherwettbewerb angeht, sind Batterien in vielerlei Hinsicht flexibler, da sie näher an der Stelle angesiedelt werden können, an der der Energiebedarf liegt, obwohl sie laut Apex (zumindest vorerst) auf lange Sicht erheblich teurer sind.
Die Power South Energy Cooperative würde es dennoch genießen, mit einigen anderen CAES-Verbündeten über Salz zu sprechen. In der Tat hat die Einrichtung von McIntosh Besucher aus Kalifornien, Utah, New York und Idaho angezogen.
Wenn Salz eine Möglichkeit ist, Gasanlagen effizienter zu machen und erneuerbare Energien zu nutzen, dann leiten Sie das Salz bitte weiter.
Anmerkung des Herausgebers: In einer früheren Version dieses Artikels wurde ursprünglich fälschlicherweise angegeben, dass mehr Strom in das Netz eingespeist wird, als benötigt wird, und dass dieser dort verschwendet wird. Tatsächlich wird überschüssige Energie verschwendet, bevor sie durch eine Reihe von Prozessen an das Netz abgegeben wird. Smithsonian.com bedauert den Fehler.
