Entwicklung eines Kleinstpumpspeichersystems mit Pumpe-als-Turbine (PATmiPS)

Energiespeichertechnologien gewinnen zunehmend an Bedeutung, um den gewünschten Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung weiterhin voranzutreiben. Ein Grund dafür ist die erheblich fluktuierende Leistungsbereitstellung durch Wind und Photovoltaik. Zur Entlastung der Netze und für einen flexiblen Einsatz regenerativ erzeugten Stroms rücken Energiespeichertechnologien wie Batteriespeicher in Zukunft immer weiter in den Fokus. Ein Mikropumpspeicherkraftwerk könnte in diesem Kontext eine Ergänzung zu bereits verwendeten Speichertechnologien für die dezentrale und verbrauchsorientierte Speicherung regenerativ erzeugter Energie darstellen. Für eine wirtschaftliche Realisierung dieses Systems ist die Verwendung einer standardisierten Kreiselpumpe, welche als Pumpe wie auch als Turbine (PAT: Pumpe als Turbine) zusammen mit weiteren standardisierten Komponenten wie z. B. einem Frequenzumrichter angedacht. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die hohen Kosten bei der Einzelfertigung von Bauteilen deutlich zu reduzieren.

Eine vielversprechende Anwendung eines solchen Mikropumpspeicherkraftwerkes ist der Einsatz zur Eigenstrom-Optimierung in Kombination mit einer bestehenden Photovoltaik (PV)-Anlage. Im Pumpbetrieb wird bei niedrigem Energieverbrauch und hoher Solarenergieproduktion das Wasser durch die Pumpe in ein höher gelegenes Oberbecken gepumpt und somit Energie für einen späteren Zeitpunkt gespeichert. Im Turbinenbetrieb fließt das Wasser nun bei hohem Energieverbrauch und geringer PV-Leistung zurück in das Unterbecken und treibt die Kreiselpumpe an, welche nun als Turbine fungiert. Dadurch kann sowohl der Eigenstromverbrauch optimiert als auch der Energiebezug aus dem Netz verringert werden, was zu einer Entlastung des Netzes führt. Die Turbine soll durch einen Frequenzumrichter drehzahlgeregelt werden. Damit wird sichergestellt, dass die Turbine unter Einhaltung ihrer Grenzen (Mindest- & Maximaldurchfluss) über einen möglichst großen Betriebsbereich effizient betrieben werden kann.

Zur Realisierung des Projekts wird ein Prüfstand zum Vermessen von Turbinenkennfeldern verschiedener Kreiselpumpen aufgebaut. Mit Hilfe der Ergebnisse wird durch ein Simulationstool eine optimale Betriebsweise der Pumpe als Turbine erarbeitet. Für die verschiedenen Turbinenkennfelder soll eine Datenbank erstellt werden, mit welcher eine geeignete Prototypenanlage projektiert werden kann.