Mechanische Energiespeicher

Die Prinzipien der mechanischen Energiespeicherung fußen auf der klassischen Newton’schen Mechanik und somit auf der Grundlage der Physik des 18. und 19. Jahrhunderts. Entsprechend gliedern sich die Funktionsprinzipien in Betrachtungen zur Speicherung von Energie in kinetischer und potenzieller Form oder als »Druckenergie«. Die klassischen Anwendungen sind Pumpspeicherwerke, Druckluftspeicher und Schwungrad- oder Schwungmassenspeicher.

Funktionsschema eines Pumpspeicherkraftwerks (links), eines Druckluftspeichers (mitte) und eines Schwungmassenspeichers (rechts).

Pumpspeicherkraftwerke sind die bekanntesten großen Stromspeicher. Zwischen zwei Wasserbecken auf unterschiedlichen Höhenniveaus (Oberwasser und Unterwasser) wird bei Stromüberschuss Wasser in das obere Becken gepumpt und damit Lageenergie gespeichert. Bei Bedarf im Stromsystem wird das Wasser über Turbine und Generator in das untere Becken abgelassen.

Druckluftspeicher speichern die Energie durch Komprimierung von Luft. Bei der Kompression wird Wärme frei. Diese Energie nutzt ein adiabater Druckluftspeicher und speichert die Wärme in einem Wärmespeicher für die spätere Expansion der Luft zwischen. Der einzige Druckluftspeicher in Deutschland in Huntorf, der bereits seit 1978 in Betrieb ist, nutzt diese Wärmespeicherung und sorgt damit für eine deutliche Wirkungsgradsteigerung im Gegensatz zu Systemen bei denen die Wärme während der Einspeicherung an die Umgebung abgegeben wird.

Schwungmassenspeicher haben zwar eine jahrtausendealte Geschichte, spielen derzeit jedoch eine untergeordnete Rolle im Energiesystem. Aufgrund der hohen Reibungsverluste werden sie meist nur für die Überbrückung von Energiebedarfen in kleinen Zeiträumen und zum Puffern großer Leistungs- und Lastspitzen eingesetzt  wie z. B. bei Stopp/Start von U-Bahnen oder Bussen.

Auch innovative Varianten der Speicherung potenzieller Energie über das Medium Wasser sind denkbar: Ringwallspeicher auf offenem Land, Kugelpumpspeicher in der Tiefsee, Staustufenspeicher an Flüssen und die Nachnutzung von Bergbaurevieren über Halden-Pumpspeicher, Unterflurpumpspeicher oder Untertage-Pumpspeicher und Tagebauspeicher.