Energie durch die Kugel

Versuch zur alternativen Stromspeicherung ist im Bodensee erfolgreich verlaufen – Forscher hoffen auf wichtigen Baustein zur Energiewende

- Zwei angejahrte Arbeitsschiffe auf dem Bodensee vor Überlingen, ein kalter Westwind, früher Morgen im Zwielicht, dazu noch einige müde Beobachter am Ufer: Eigentlich passt dies alles gar nicht so richtig zur Bedeutung des Themas. An dem unscheinbaren Morgen stellt sich vielmehr die Frage nach der Bewältigung der Energiewende. Was ist, wenn der Strom künftig vor allem mit Windrädern oder Sonnenkollektoren erzeugt wird? Wie kann die Energie für Tage ohne Lüftchen gespeichert werden? Wie, wenn Wolken den Himmel bedecken? Eine Antwort könnte eine ominöse, hohle Betonkugel mit drei Meter Innendurchmesser geben.

Am Ufer flüstert eine ältere Passantin hinter dem Gebüsch beim örtlichen Jachtclub ihrem Begleiter zu: „Gell, dort draußen ist diese Kugel versenkt worden.“„Ich glaub schon“, meint der Mann gähnend. Eine durchaus verständliche Unausgeschlafenheit, die alte Turmuhr drinnen in Überlingen zeigt ja erst sieben Uhr an. Die Betonkugel gehört in den Reigen jener fast schon unzähligen Ideen, wie künftig möglichst elegant Strom gespeichert werden könnte. Keine umstrittenen Pumpspeicherwerke mit monumentalen Betonbecken in den Bergen mehr, sondern Techniken, die sich weitgehend verbergen lassen – in diesem Fall unter Wasser.

Projekt kostet 2,3 Millionen Euro

Hinter der Kugel verbergen sich dann auch keine Hobbytüftler vom Bodensee, sondern das FraunhoferInstitut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel. Das heißt, die Crème de la Crème der entsprechenden Forschung. Das Bundeswirtschaftsministerium adelte das 2,3 Millionen Euro teure Projekt durch eine Förderung.

Versenkt wurde die Kugel Anfang November etwa 200 Meter vom Ufer entfernt. Techniker ließen sie vom Arbeitsschiff aus mit einem Drahtseil auf den Grund hinab. Rund 100 Meter beträgt die Wassertiefe dort. Über drei Leitungen, die zu einer Gerätehütte des Jachtclubs führten, lief die Stromverbindung. Ebenso war eine Steuerung der technischen Eingeweide möglich.

Vier Wochen lang nahmen Wissenschaftler daraufhin Tests und Messungen vor – bis der Tag des ersten Bergungsversuchs kam. Er endete damit, dass die Kugel eher das Schiff nach unten gezogen hätte als umgekehrt. Zwei Faktoren waren verantwortlich. Zum einen klebte die Kugel im Schlick fest. Des Weiteren war das Schiff, die „Orca“eines kommerziellen Tauchunternehmens, zu klein. Es hatte zu wenig Auftrieb. Als die Winde lief, um das betonierte Forschungsobjekt hochzuholen, blieb dieses einfach stecken. Das Schiff neigte sich indes in Richtung Untergang. Am späten Abend dieses unsäglichen Tages wurde das Unternehmen vorsichtshalber abgebrochen.

Die Fraunhofer-Forscher mussten nun auf eine zweite Chance warten. Die Voraussetzung: ein ruhiger Bodensee. Der war am Freitag gegeben. „Und um genug Zeit zu haben, wollten wir so früh wie möglich am Tag beginnen“, sagt Matthias Puchta, Elektroingenieur und Projektleiter. Vorsichtshalber hatte der 34-Jährige zudem für die Bergung ein größeres Schiff geordert, die „Rhein“, ein Kahn, der sonst beim Kiesabbau an der Mündung des Rheins in den Bodensee zum Einsatz kommt. Auch die „Orca“ist wieder dabei. Sie soll dieses Mal aber nur die Kabel für Energie, Kommunikation und Druckausgleich einholen. Die Schwerstarbeit bleibt der „Rhein“.

Gegen 7.30 Uhr ist die Spannung auf den Schiffen mit Händen greifbar. Beide liegen jetzt direkt über der Kugel. Angefertigt von Hoch-Tief, dem betonerfahrenen Baukonzern, wiegt sie 20 Tonnen. Einer der Schiffer lässt die Winde fürs Stahlseil laufen. Mühsam dreht sie sich. Wie beim ersten Bergungsversuch im Spätherbst zieht es nun auch die „Rhein“an einem Ende nach unten. Lange Gesichter. Dann ein Ruck, das Schiff schwimmt auf. Jedem ist klar: Die Kugel steckt nicht mehr fest. Sie schwebt nun über dem Grund. Begeistertes Abklatschen von Fraunhofer-Mitarbeitern. „Super, klasse“, jubelt Projektleiter Puchta.

Ergebnisse liegen vor

Wobei die Bergung an den Forschungsergebnissen nicht mehr so viel ändert. Es geht ums Aufräumen. Nebenbei kann noch die Wirkung des Wassers auf den Beton begutachtet werden. „Unsere eigentlichen Ergebnisse haben wir aber bereits während der Testphase in den ersten vier Wochen bekommen“, sagt Puchta. Er berichtet von „einem vollen Erfolg“. Mit diesem Konzept könne man wirklich Energie speichern. Wie dies geschieht, ist jedoch für Laien nicht unbedingt sofort verstehbar. Das Prinzip ähnelt jenem der altbekannten Pumpspeicherwerke. Bei ihnen wird Wasser in einem Oberbecken gesammelt. Dies ist der Energiespeicher. Bei Strombedarf lässt man das Wasser durch Turbinen in ein Unterbecken fließen. Strom entsteht. Vom Unterbecken kann das Wasser wieder nach oben gepumpt werden.

Im Fall der Betonkugel stellt sich der Ablauf folgendermaßen dar: Die Kugel ist mit Luft gefüllt, dem Speicherzustand. Bei Energiebedarf wird ein Ventil geöffnet. Die Luft entweicht, während das eindringende Wasser eine Turbine antreibt. Ist die Kugel vollgelaufen oder schon zuvor genug Strom entstanden, wird mit einem Kompressor Luft hineingedrückt. Sie drängt das Wasser wieder nach außen. Die Kugel steht für den nächsten Einsatz bereit.

Die Idee zur dieser Art von Ökostrom-Speicherung stammt von Horst Schmidt-Böcking und Gerhard Luther, zwei Physikprofessoren. Die „Frankfurter Allgemeine Zeitung“berichtete 2011 erstmals darüber – ausgerechnet am 1. April. Dies sollte jedoch kein Scherz sein, wie Jahre später ein Redakteur dieses Blattes betonte.

Inzwischen hatte das besagte Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik die Idee von allen Seiten untersucht und positiv bewertet. Als nächster Schritt visierten die Forscher einen Modellversuch mit einer kleinen Kugel an. Er führte sie an den Bodensee. „Wir haben uns verschiedene Gewässer angeschaut. Zwei Faktoren waren wichtig: ausreichende Tiefe und eine passende Infrastruktur“, berichtete Puchta.

Dass es im Bodensee weit runtergeht, weiß man. 251 Meter misst die tiefste Stelle. Bei der Infrastruktur war wichtig, eine Möglichkeit zum Versenken und Heben der Kugel zu haben. Mit anderen Worten: Seen, auf denen nur schwachbrüstige Boote kreuzen, fielen weg. Zu guter Letzt benötigten Puchta und seine Leute noch ein Uferdomizil. Es musste Messinstrumente sowie eine Art kleines Kraftwerk für den Stromkreislauf aufnehmen. Dieses Problem löste der ehrwürdige, 1909 gegründete Überlinger Jachtclub, indem er seine Gerätehütte zur Verfügung stellte.

Mehr als ein Versuchsfeld dürfte das Schwabenmeer aber nicht werden. Uwe Krengel, Sprecher des Fraunhofer Instituts, verweist darauf, dass „an einen Einsatz in richtigen Meeren gedacht ist“. Dies hat physikalische Gründe. Je tiefer eine solche Kugel installiert wird, desto größter ist ihr Speichervermögen. Ein Effekt, der am steigenden Wasserdruck liegt. Die Fraunhofer-Forscher denken dabei auch an Kugeln mit einem Innendurchmesser von 30 Metern. Nach ihren Berechnungen hätten sie bei 700 Metern Wassertiefe ein Speichervolumen von 20 Megawattstunden. Standorte können sie sich etwa vor Norwegen, Spanien, Japan oder Nordamerika vorstellen. Dort gibt es an mancher Küste die nötigen Unterwasser-Abgründe.

Bis es so weit sein kann, wird aber noch viel Wasser hin- und herschwappen. Im Institut schätzt man, dass ein Meeresversuch vielleicht in drei bis fünf Jahren starten könnte. Würde er ebenso erfolgreich verlaufen, müssten in einer weiteren Phase Investoren ermutigt werden, Geld für eine wirtschaftliche Nutzung der Kugeln auszugeben.

Indes wird die Versuchskugel wohl einen Ehrenplatz im Fraunhofer Institut bekommen. Zuvor zog die „Rhein“sie zum Antritt ihrer letzten Reise über den See zum österreichischen Hafen Hard. An Bord genommen werden konnte die schwere Kugel nicht. Sie blieb am Stahlseil im Wasser hinter dem Schiffsheck. Bevor die „Rhein“anzog, meinte einer der Fraunhofer-Techniker noch zum Kollegen: „Nimm noch eine zweite Sicherung mit einer Kette.“Besser ist das. Wäre etwas gerissen, hätte dies wohl die finale Versenkung der Kugel bedeutet. Ein Video über die Bergung der Betonkugel sehen sie unter www.schwaebische.de/betonkugel

GRAFIK: FRAUNHOFER INSTITUT Hinter der Betonkugel verbirgt sich folgende Idee: Mit Luft gefüllt, ist sie ein Energiespeicher. Soll Strom erzeugt werden, wird ein Ventil geöffnet. Die Luft entweicht. Wasser dringt durch Öffnungen nach und treibt eine Turbine an. Um die Kugel...

FOTOS: DPA Die Betonkugel im November 2016, als sie in den Bodensee gelassen wurde (links), und gestern beim Heraushieven.