Die Suche nach brauchbaren und effizienten Speichermöglichkeiten für erneuerbare Energien geht auf allen Ebenen weiter, jetzt bringt ein kalifornisches Start-up die 90 Jahre alte Technik der Elektro-Eisenbahn ins Spiel. Eine weitere Zutat sind tonnenschwere, mit Steinen beladene Waggons: Wir erklären, wie das clevere aber raumgreifende System funktioniert.


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Energiespeicher auf Schienen / Foto: ARES

Das Unternehmen rechnet mit 80 % Wirkungsgrad

Speicherbatterien für erneuerbare Energien beinhalten in der Regel Giftstoffe, ihre Effizienz ist oftmals noch nicht wirklich überzeugend. Weitere Ideen, wie zum Beispiel riesige Pumpspeicherkraftwerke in Form von riesigen Stauseen, bringen tiefgreifende Einschnitte in die Natur mit sich und sind in wasserarmen Regionen ohnehin nicht realisierbar. Hier kommen die Eisenbahnwaggons der kalifornische Firma ARES (kurz für Advanced Rail Energy Storage) ins Spiel: Ganz ohne CO2-Ausstoß sollen sie als effiziente Stromspeicher dienen, das Unternehmen spricht von 80 % Wirkungsgrad.

Stromgewinn aus der Bremskraft der Züge

Und so funktioniert das Ganze: Überschüssige Energie aus dem Stromnetz treibt eine schwer beladene Elektrolok einen Berg hinauf – wird dann in einer Flaute wieder Strom benötigt, rollt die Eisenbahn wieder hinab. Aus der Bremskraft gewinnt ein Generator die Energie, die dann ins Netz eingespeist wird. Dieses System ist so einfach wie genial, der Haken liegt natürlich daran, dass ganz viel Platz und ein hoher Berg benötigt werden. Praktisch also für Orte wie die Wüste von Nevada, die ohnehin ganz in der Nähe von Kalifornien liegt.


Die Einrichtung eines solchen Eisenbahnspeicherwerks ist jedenfalls sehr viel einfacher und kostengünstiger als die eines Pumpspeicherkraftwerkes. Und das System funktioniert auch dort, wo kein überschüssiges Wasser vorhanden ist. Aktuell bewegt sich bereits ein 5,68 t schwerer Prototyp auf einer Teststrecke als Vorläufer für das erste Schienenspeicherwerk der Welt mit 32 E-Loks, die jeweils 272 t Gewicht auf die Waage bringen sollen.

So erklärt ARES das System im Video

3 GW Leistung bei 24 GWh Kapazität angepeilt

Das erste neuartige Speicherkraftwerk soll 8 km lang sein und ein Gefälle von 8 Prozent besitzen. Die angepeilte Leistung liegt zunächst bei 48 Megawatt Strom, draus sollen später 3 Gigawatt werden bei 24 GWh Speicherkapazität: Diese Werte können durchaus mit denen eines großen Pumpspeicherkraftwerkes konkurrieren. Gleichzeitig bringt das Schienenspeicherwerk jede Menge Flexibilität mit sich, indem man die Zahl der Züge und die Strecken variiert. Das System arbeitet klimaneutral, allerdings entsteht natürlich bei der Produktion von Eisenbahnen und Gleisen CO2.


Quelle: treehugger.com

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13 Kommentare

  1. Teri

    22. Mai 2016 at 19:57

    Sehr tolle Sache!

    Ich stelle mir gerade vor, wie sich solche Eisenbahnen über die Serpentinen unserer Gebirge nach oben arbeiten um dann auf einer Art „Skischanze“ ganz langsam ins Tal gleiten und dabei die gespeicherte Energie aufbringen.
    In einem Gebirge hat man zudem Bäche, wozu die Last nach oben transportieren? Wir fahren leer nach oben und voller Wasser wieder nach unten 😀
    Dann lassen wir die Bahn immer im Kreis herum fahren und wenn zuviel Strom auf dem Markt ist, fahren wir mit der Last nach oben und können so noch viel Geld verdienen. Wenn man die Züge einzeln fahren lässt und clever steuert ist das wirklich eine Gelddruckmaschine. Ich muss mir mal die Weinberge genauer ansehen.

    Toller Artikel, vielen Dank!

  2. Fattyman

    23. Mai 2016 at 01:13

    Ein interessantes Prinzip…

    … insgesamt stellt es das Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerkes übertragen auf Schienen und verändertes Energiespeichermedium – hier Steine dort Wasser – dar. Ich sehe da immer noch technische Probleme:
    Was passiert, wenn ein Steintransporter mal mitten auf der Strecke kapputt geht und seine Fahrt unterbrechen muß? Halten die nachfolgenden Steintransporter dann auch an? Wird dadurch nicht der Stromzufuhr-/-speicherprozess gelähmt? Sicherheiten gegen ein solches Szenario stellen Redundanzen dar – also Vervielfachungen der Gleisstränge, über die die Stromtransporter ihre Massen bewegen, oder auf denen sich die leeren Transporter zum Steineholen bewegen. Man kann nebeneinanderliegende Gleise in bestimmten Abständen miteinander verbinden, sodaß nachfolgende Transporter auf ihrer Tour ausweichen können. Es muss festgelegt werden, wie ein solcher defekter Transporter repariert/wegtransportiert/ersetzt werden kann. Es sollten für das Eintreten eines Fehlers immer mehr Transporter vorhanden sein, als Steine. Das Speichersystem sollte wetterunabhängig sein – überdacht oder gleich unterirdisch.(Schlamm- oder Schneelawinen stellen eine ernste Gefahr dar.) Erdbeben sind auch nicht gerade nett zu den Gleisen/Transportern/Steindepots. Verbraucht der Leerbetrieb der Transporter – also die Bewegung ohne Steine – nicht auch Energie und mindert so den Nettoenergiebetrag? Die Steine müssen enorm viel schwerer sein als die Transporter, damit solche Energieaufwände bei der Bilanz nicht ins Gewicht fallen. Mein Vorschlag hier: keine Trennung von Transportern und Steinen vornehmen – die Steine bleiben permanent auf dem Tranporter. Dadurch gibt es keine Verluste durch etwaige Bewegungen der Transporter und die volle Masse beider Einheiten geht in die Gesamtenergiebilanz ein. Was ist, wenn im Steindepot die Steine sich nicht drehen wollen? Dadurch werden garantiert nachfolgende Steine gehindert. Der Drehvorgang – laut Video – selbst stellt natürlich wieder einen Energiefresser dar. Oder es muss durch einen cleveren Federmechanismus sichergestellt werden, dass wenig bis gar keine zusätzliche Energie dafür aufgewendet werden muß. Diskussionstoff ist genug vorhanden.
    Mögliche Fehlerquellen gibt es bei diesem Speicherkraftwerk über die ganze Länge/Breite der Anlage bzw bei den Transportern. Wasserbasierende Systeme haben zwar eine komplexere Aufbauphase, haben dafür nur weniger fehleranfällige Stellen – die Staumauer mit Generatorenhalle und das Wasserleitsystem mit dem Pumpwerk im Tal. Nur ganz selten treten auch mal andere Problem auf.

    OK, ok, genug des Kritisierens hier – Pumpspeicherkraftwerke auf Wasserbasis hatten immerhin auch schon über 100 Jahre Zeit, sich technisch zu entwickeln.

  3. Christian Eggerkamp

    23. Mai 2016 at 08:43

    schauen wir uns mal eben die recherchierten Daten etwas genauer an und überlegen, ob das wohl sein kann:

    24 GWh sind 24 * 10 hoch 9 Wh.
    Wenn wir 1 kg um 1m anzuheben wird die Energie von etwa 10 Ws gebraucht.
    24 GWh sind 8640 GWs oder = 8,6 * (10 hoch 12) Ws
    Die genötigte Masse lässt sich ausrechnen aus Epot = 8,6 * (10 hoch 12) in Ws = m*h*g.
    Bei 8% über 8 km ist die Höhe etwa 640m, die Erdbeschleunigung g liegt bei 9,81 m/sec²:
    Bei einer schweren Steindichte von 3g/cm³ und einem angenommenen Ladungsquerschnitt der Wagoons von 10m² des Zuges wäre dieser für diese Speicherkapazität etwa 45.000 km lang – unberücksichtigt die Zwischenräume für Kupplung usw. – also länger als einmal um den Erdball. Jedem das Nachrechnen empfohlen.
    Ich freue mich über einen so „fachgerecht“ recherchierten Artikel. Bitte mehr Sachverstand.

  4. Christian Eggerkamp

    23. Mai 2016 at 08:56

    Nachbrenner – GWh ist keine Leistung wie in der Headline des Artikels angegeben, sondern eine Energiemenge, also eine Speichermenge, wie im Text des Artikels dann wieder richtiger verwendet, mir ist aber eben ein Potzenzfehler unterlaufen – es sind etwa 50 km Länge des Zuges – so kann man sich vertun …

  5. Topfkuchen

    23. Mai 2016 at 17:25

    Warum eigentlich Steine nehmen? Wenn man richtig schön schwere Bleiakkus verwendet, hat man
    1. eine höhere potentielle Energiedichte durch das höhere Gewicht und kann
    2. zusätzlich Energie chemisch Zwischenspeichern.

    DB Verspätungsnsage: „Sehr geehrte Damen und Herren, aufgrund eines vorausfahrenden Speicherzuges, der auf Grund der aktuellen Windflaute die Strecke blockiert, können wir unsere Fahrt bis zum Eintreffen des Orkantiefs Otto um 14:45 Uhr nicht vortsetzen.“ 😉

  6. Fattyman

    23. Mai 2016 at 18:33

    Warum Blei-Akkus? Warum nicht gleich abgereichertes Uran, Gold, Platin oder Osmium – allesamt mit bedeutend höherer Dichte als Blei. Blei-Akkus müssen erst einmal in diesen Größenordnungen hergestellt werden. Und dann sind diese Gerätschaften auch immer mehr fehleranfällig, als simple Steinblöcke, deren Rohmaterial einfach aus der Umgebung entnommen werden kann. Ein weiteres Kriterium für die Wahl des Transportmediums ist das Gewicht, das letztlich auf den Schienen lastet. Je schwerer die Wagen, um so schneller nutzen sich die Gleise ab. Die in den Bleiakkus gespeicherte Energie ist ausserdem um Grössenordnungen geringer als die kinetische.

    DB-Ansage (in einer speicherfreien Alternativ-Energie-Welt) 10 km vor dem Ziel: „Sehr geehrte Damen und Herren, aufgrund einer geschlossenen Wolkendecke und einer extremen Windflaute sind wir gezwungen, die Fahrt extrem zu verlangsamen. Wir werden zusätzlich noch ca. 120 Minuten warten, bis zum Einsetzen der nächsten Brise oder dem Aufreißen der Wolkendecke.“

  7. Achmed Khammas

    23. Mai 2016 at 18:57

    Es gibt neben ARES noch andere Unternehmen, die an ähnlichen Speichertechniken arbeiten – die zusammengefaßt als Legeenergiespeicher bezeichnet werden: http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_10_04_e_speichern_druckluft.htm#Lageenergiespeicher

  8. Mike

    23. Mai 2016 at 19:43

    Manno Fattyman, Dein Kommentar liest sich doch sehr nach Schwarzmalerei, oder? 🙂

    Die Hälfte der aufgelisteten „Probleme“ sind eigentlich schon im Artikel beantwortet:

    Das Projekt wird derzeit in den USA und speziell in Nevada entwickelt und ist sicher auf die dortigen Bedürfnisse zugeschnitten. In der Wüste stellen Schlamm- und Schneelawinen eine eher geringe Bedrohung dar. Dafür kommt man dort aber mit einem wasserbasierten Pumpspeicherkraftwerk nicht sehr weit – das war vermutlich auch die ursprüngliche Motivation für dieses Projekt.

    Ich weiß nicht, wo Du rausgelesen hast, dass die „Steine“ (für mich sieht das eher nach Betonblöcken aus) ent- und wieder beladen werden. Das ist völliger Irrsinn – hier will niemand sinnlosen Ballast in die Berge schleppen. Somit gibt es kein „Steineholen“ und Dein Vorschlag, dass die Steine permanent auf dem Fahrwerk montiert sind, war von Anfang an so gedacht.

    Zur Drehung der Blöcke steht zwar nichts, aber ich kann mir vorstellen, dass es eine mechanische Einrichtung gibt, die die Vorwärtsbewegung der Fahrwerke mit der Drehbewegung kombiniert – ähnlich wie beim Knopf eines Kugelschreibers. Somit ist das Drehen Teil der Energiespeicherung beim Rauffahren und Teil der Energieproduktion beim Runterfahren.

    Ich bin mir sicher, es gibt Tausende anderer Probleme, an die wir hier als Laien nicht denken. Auch dafür wird man bestimmt eine Lösung finden. Gleis- und Bahnproduktion und -Management kann die Menschheit schon seit einer Weile, sogar länger, als sie Strom produziert. Ich kann mir vorstellen, beim Bau der Zugspitzbahn bei Garmisch gab es deutlich mehr konstruktive und physikalische Herausforderungen, als bei dieser Speicher-Bahn hier.

    An der ganzen Sache finde ich eigentlich nur peinlich, dass keiner früher drauf gekommen ist. Man streitet sich, ob es sich lohnt, Wasser in die Berge zu pumpen und dabei Stauseen und Dämme zu errichten, wo es letztendlich doch nur darum geht, eine möglichst große (an sich irrelevante) Masse sicher und kontrolliert einen Hang rauf und runter zu schleppen. Da ist Wasser sogar von der Dichte her bei weitem nicht das ideale Ballastmittel. Steinklötze sind da deutlich raumsparender…

  9. Martin Otapaz

    23. Mai 2016 at 23:08

    So ein Quatsch: Potentielle Energie (wie auch Pumpspeicher) ist zwar energetisch effizient umsetzbar – wie geschrieben – aber das ist ja fast nix an wirtschaftlicher Energie: Um 1 kWh Strom zu speichern, braucht es bei 100% Wirkungsgrad 360 Tonnen (Wasser oder Eisenbahn) 1 m hochgehoben werden – oder 1 Tonne 360 m hoch gehoben werden. Bei 8% Gefälle (wie soll das gehen mit Eisenbahnen, die über 3% normalerweise nicht fahren können?) könnte eine Lok bei 100 Tonnen Gewicht und 4.5 km Bahnstrecke gerade mal 100 kWh speichern. Sorry – das ist etwas mehr als ein Tesla in der Batterie drin hat – die wiegt glaub 350 kg… Also – wenn Ihr es schafft, eine 100 Tonnen schwere Lok und die Instandhaltung von 5 km nicht mehr benötigtem Geleise im Gebirge Nevadas zu unterhalten zu den Kosten einer Tesla-Batterie…. Dreisatz und Physik nicht vergessen!!!

  10. Fattyman

    23. Mai 2016 at 23:45

    Hi Mike,

    Ich würde mal sagen, dass Videos ansehen – ja, ja, genau das Video im Artikel!! – nicht zu deinen Stärken gehört. Bitte nochmal ansehen, und dann kritisieren! Dort ist genau ein System skizziert, das aus GETRENNTEN Transportern und Steinen besteht. Zur Frage der Dichte lässt sich sagen, das Beton-Quader nur maximal 4 mal mehr Energie pro Volumen speichern können als Wasser. Also stelle man sich sinnbidlich ein Pumpspeicherkraftwerk mit Beton anstelle von Wasser vor. Juchee – ein See mit nur 50 Meter hohen Steinquader-Säule gefüllt, von denen etliche tausend Quader (>10.000) gleichzeitig unterwegs sein müssten, um die geplante Leistung von 3 GW zu ermöglichen. Schaue dir mal Abbildungen von Container-Transportschiffen an – und zwar von den richtig fetten Dingern. Die kutschieren bis zu 15000 Container – zwar nicht mit Beton gefüllt aber immer doch etwas auf die Waage bringend – gleichzeitig durch die Gegend. Und jetzt übertrage das Ganze mal auf Land – auf die Schiene. Das ist die Region, in der wir uns bei diesem schienenbasierenden Speicherkraftwerk bewegen. Ich würde mal sagen, dass die Menge an Stahl für die Gleise der Menge an Beton für eine Staumauer gleichkommt, nur dass Stahl nicht so einfach in Massen hergestellt werden kann wie Beton.
    Ich bin dafür, die Zahlen (Massen, Bau- und Betriebskosten) konkret auf den Tisch zu legen. Ansonsten kann jeder mit ner hinrissigen Idee behaupten, die ideale Lösung gefunden zu haben (siehe meine Bemerkung zur Bestückung der Wagen mit Gold- anstelle von Betonquadern, da Gold ja eine 5 mal so grosse Energiespeicherdichte hat wie Beton)

  11. Chris

    24. Mai 2016 at 01:30

    Also, wenn wir mal schnell rechnen, dann würde die hier angegebene Speicherkapazität von 24 GWh durch einen mindestens 40 km langen Zug abgebildet werden müssen – Querschnitt von 10m² angenommen und voll mit Steinen von Dichte 3 to/m³ – da muss auf dem Berg aber ne Menge Platz sein und ziemlich viel Schiene nur für’s Speichern vorgehalten werden – 3 GW Leistung in einer Stunde kontinuierlich abgegeben würde also bedeuten, es sind gut 5km Zug ins Tal gefahren – und wollen da auch abgestellt werden – wenn sogar die ganze Speicherkapazität genutzt werden soll braucht’s die 40 km dann auch komplett unten – da gibt’s doch bestimmt bessere Ideen – wahrscheinlich wieder so ein Fall von Missbrauch öffentlicher Fördermittel – und schließe mich also meinem Vorredner an.

  12. Alexander Trisko

    24. Mai 2016 at 03:57

    Den Sachverstand unserer Leser in Ehren, aber vielleicht solltet ihr euch dringend an das Nevada Bureau of Land Management wenden. Das hat nämlich kürzlich den Bau einer ARES-Anlage für 55 Millionen US-Dollar genehmigt. Also entweder haben die sauschlechte Berater, oder ihr irrt irgendwo.

  13. Chris

    24. Mai 2016 at 14:12

    Lieber Herr Trisko,

    jedes Projekt hat einen Reihe von Interessenten und nicht nur den Projektleiter – an den mechanischen Gesetzmäßigkeiten kommt aber niemand vorbei – 80% Wirkungsgrad ist jenseits von Gut und Böse bei einem solchen Prozess und höchst unwahrscheinlich – Rekuperation lohnt sich bei E-Autos auch schon kaum, wenn nicht gar nicht, ist aber als marketing-Gag sehr erfolgreich – so bestimmt auch diese Idee. Die Speicherkapazität von 24 GWh scheint auch nicht richtig übersetzt zu sein, dass soll wohl der Jahresenergieumsatz sein, sonst macht die Zahl, wie schon dargestellt, keinen Sinn. Das System eignet sich also eher als System zum Überbrücken kurzfristiger Leistungsabnahmespitzen im Netz – dafür ist die Begründung dann aber nicht (nur) Erneuerbare Energie, sondern wird sehr wahrscheinlich das ungeregelte, concludente Gleichverhalten müde drein schauender Mitglieder örtlicher Eingeborenenverbände beim Einschalten der Kaffeemaschine sein. Dafür gibt es bei Hamburg ein Pumpspeicherwerk, in Nevada dann eben eine tapfere E-Lock – also, keine tolle Lösung, sondern eine technische Notwendigkeit, die das Grundproblem der Erneuerbarenenergiespeicherung nicht löst. Die Flaute größerer Windparks lässt sich damit nicht ausgleichen, eine Kurzzeit-Wolke vor der Sonne vielleicht schon.

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