Die Endlichkeit fossiler Energieträger, welche zum heutigen Zeitpunkt den größten Teil zur Energieversorgung der Menschheit beisteuern, veranlasst uns dazu, uns schon zum heutigen Zeitpunkt, über die Energieversorgung der Zukunft Gedanken machen zu müssen und so auch Verantwortung für die folgenden Generationen zu übernehmen. Der Ausbau erneuerbarer Energien steht hierbei im Zentrum der Überlegungen und wird aufgrund der unübertroffenen Nachhaltigkeit im Rahmen vieler Förderprogramme weiter vorangetrieben. Obwohl uns erneuerbare Energien die Möglichkeit eröffnen die Kraft der Sonne direkt zur umweltfreundlichen Energiegewinnung zu verwenden, bringen sie gleichzeitig auch einige Herausforderungen mit sich. Die stark fluktuierende Verfügbarkeit von Wind und Sonnenenergie spielt hierbei eine zentrale Rolle. So steht in Zeiten erhöhten Energiebedarfs entweder zu wenig Ökostrom zu Verfügung oder es steht zu viel Ökostrom zur Verfügung, welcher nicht nachhaltig in das bestehende Stromnetz eingebunden werden kann. Hierbei stellen Energiespeicher einen vielversprechenden Lösungsansatz dar. Mit ihrer Hilfe sollen Produktionshöhen und -tiefen von Ökostrom produktiv ausgeglichen werden, sodass Ökostromerzeugung und Ökostromnutzung temporär voneinander entkoppelt werden können und so eine konstante Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energien gewährleistet werden kann. Es gibt viele verschiedene Arten von Energiespeichern, die sich die unterschiedlichsten physikalischen Funktionsweisen zunutze machen. So wird zu speichernder Strom meist in eine andere Art von Energie umgewandelt, welche besser eingespeichert werden kann und später bei Bedarf wiederum in elektrischen Strom umgewandelt wird.

Energiespeichersystem Goliath

• Die primäre Nutzung Erneuerbarer Energien ist der nachhaltigste Weg der Energiebeschaffung
• Erneuerbare Energien werden erst mit skalierbarem Massenspeicher grund- und residuallastfähig (temporäre Entkopplung von Erzeugung und Nutzung)→ nun kann das volle Potential Erneuerbarer Energien genutzt werden (Photovoltaik, Windkraft, Wellenkraft, CSP usw.), Unabhängigkeit von Ressourcen , jede sauber gewonnen Kilowattstunde kann verwendet werden (direkt oder Speicher)
• Verwendung des Pumpspeicherprinzips (99% aller weltweiten Massenenergiespeicher) ohne topographische Ansprüche nutzbar (technische Anwendung nun uneingeschränkt onshore und offshore möglich), Stärken können beibehalten werden und endlose Skalierbarkeit wird dadurch ermöglicht
• Hoher Wirkungsgrad 75-80% (Strom zu Strom) mit rein mechanischem System, welches aus wenigen beweglichen Einzelkomponenten besteht, ohne Chemie oder Metalle der seltenen Erden → äußerst geringer Ressourcenverbrauch (Verwendung von Recycling-Material PE PP), sehr gute Wartungszugänglichkeit und lange Lebensdauer. Stationäre Energiespeicherung mit einfachen technischen Mitteln realisierbar wodurch schnell große Speicherkapazitäten verfügbar gemacht werden
• Teure Ressourcen (Lithium, Mangan, Kobalt) können wir uns für die Anwendungsfälle aufsparen, für die wir momentan keine anderen Alternativen haben (z.B. Batterien für Elektroautos)
• Gut skalierbar (Größe und Anzahl) und schnell zu installieren, da nur eine Einheit optimiert werden muss (eine Röhre), wobei wir auf Jahrzehnte altes Know-How (Wasserturbinen) zurückgreifen können, was eine schnelle Erlangung der Serienreife in hohem Maße begünstigt und einen sehr guten Wirkungsgrad ermöglicht (Speicherkapazität skaliert mit Höhe und Durchmesser jeweils quadratisch)
• Strom kann nun für jede erdenkliche Technologie verwendet werden (zeitlicher Brückenbauer) →maximale Flexibilität durch Bereitstellung der hochwertigsten Energieform Elektrizität →Synthetische Kraftstoffe → Technologie kann beibehalten werden (Infrastruktur), Elektromobilität, Süßwassergewinnung → Physikalische Eliteeinheit Strom kann nun an jeder physikalischen Front eingesetzt werden→ Unabhängigkeit von technischer Entwicklung da Strom immer Grundlage darstellt
• Fairer Technologiewettbewerb auf der Basis Erneuerbarer Energien (Schwarmintelligenz wird genutzt, da nun in alle Richtungen geforscht werden kann und wir alle bereits existierenden Technologien mit sauberer Energie unterstützen können) Entwicklung in jede Richtung kann sauber unterstützt werden
• Durch den Zugang zu unbegrenzter sauberer Energie werden komplett neue Wirtschaftszweige entstehen und damit auch Arbeitsplätze, Anteil erneuerbarer Energien wird signifikant erhöht
• Triade: Erneuerbare Energien ernten immer mehr Energie → Speicher wird weiterentwickelt und wird günstiger → technische Prozesse werden immer effizienter, sodass wir immer mehr mit der verfügbaren Energie machen können (Zeit und Naturkräfte spielen für uns) Klimaziele werden erreichbar gemacht
• Durch diese Entwicklung wären wir gerüstet für den Energiehunger, der mit wachsender Weltbevölkerung auf unseren Planeten zukommen wird, globaler Endenergieverbrauch wird grün
• Wir wären in der Lage die Energieversorgung unserer modernen Zivilisation zu revolutionieren und jedem Menschen Zugang zu sauberer Energie zu gewährleisten ohne uns einschränken zu müssen
• So wird es für uns möglich, der Nachwelt ein sauberes und gleichzeitig maximal flexibles technisches Erbe zu hinterlassen, sodass technischer Fortschritt im Einklang mit der Natur realisiert werden kann

So funktioniert Goliath:

Goliath basiert wie 99 Prozent der weltweiten Massenenergiespeicher auf dem Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks und hat einen Wirkungsgrad von 75 bis 80 Prozent. Goliath ist dabei allerdings im Gegensatz zu sämtlichen anderen Pumpspeicherkraftwerken nicht auf topografische Gegebenheiten angewiesen. Goliath funktioniert wie folgt: Zu speichernder Strom wird durch eine Pumpe in die potenzielle Energie des Wassers umgewandelt. Dabei wird Wasser in die Höhe befördert und von oben in einen Zylinder gepumpt. Der hydraulische Druck des Wassers zusammen mit dessen Gewichtskraft drückt den Kolben im Zylinder entgegen seiner Auftriebskraft in das untere Wasserreservoir. Hierbei halten sich die Gewichtskraft des Wassers und die Auftriebskraft des Kolbens zu jedem Zeitpunkt die Waage, sodass jeder Ladezustand von 0 bis 100 Prozent erzielt werden kann. Dieser Speicherzustand kann durch das Gleichgewicht so lange beibehalten werden, bis wieder Bedarf an der eingespeicherten Energie besteht. In diesem Fall wird die Energie mithilfe der Turbine bedarfsgerecht in Strom umgewandelt. Dazu wird der Zugang zur Turbine freigegeben. Das in die Tiefe rauschende Wasser gibt seine Energie an der Turbine wieder in Form von Strom ab. Durch das entweichende Wasser reduziert sich die Gewichtskraft, die auf den Auftriebskolben wirkt, wodurch dieser wieder emporsteigt und dafür sorgt, dass sich das System wieder komplett entleeren kann. Dieser Prozess kann zu jedem Zeitpunkt gestoppt werden. Die Speicherenergie kann sehr schnell verfügbar gemacht werden. (Primarleistungsregelung)

Ein geeigneter Energiespeicher wäre in der Lage viele Problemstellungen zu lösen, die mit der Nutzung Erneuerbarer Energien einhergehen. Mit der Möglichkeit Energieerzeugung und Energienutzung temporär voneinander zu entkoppeln ohne zu hohe Wirkungsgradverluste hinnehmen zu müssen, würde die Energiewende einen wichtigen technischen Fortschritt in Bezug auf eine solide Versorgungssicherheit erzielen. Erste Anwendung könnte diese Art von Stromspeicher im Bereich der Offshore Windparks finden, da hierbei bereits die notwendige Infrastruktur (Stromanschluss) vorhanden wäre.

So könnten gerade die stark fluktuierenden Energiequellen Wind- und Sonnenenergie, welche zwei der tragenden Säulen der Energiekonzepte der Zukunft sein werden, nachhaltig und zeitlich kontrolliert in das Stromnetz eingespeist werden. Es wäre außerdem denkbar, den Stromspeicher selbst mit Erneuerbaren Energien wie Photovoltaik und Wellenenergiesystemen zu versehen, sodass dieser nicht nur Strom einspeichern, sondern auch selbstständig generieren kann. Vor dem Hintergrund eines gut funktionierenden Speichersystems würden sich im Bereich der Erneuerbaren Energien ganz neue Möglichkeiten ergeben, sodass es möglich wird sich einerseits der Kräfte der Natur zu bedienen, um nachhaltig Strom zu produzieren und andererseits diesen dann zu nutzen, wenn er gebraucht wird. So könnten viele Projekte im Bereich der Energiewende neu überdacht werden. Beispielsweise die Handhabung von Strom, welcher von privaten Photovoltaikanlagen produziert wird, die Bereitstellung von Ökostrom für die Elektromobilität und weitere Erneuerbare Energiequellen wie das Projekt Desertec, welches auf dem Prinzip der Solarthermie beruht.

Der hier beschriebene Energiespeicher befindet sich beispielsweise auf der Wasseroberfläche und macht sich das Grundprinzip eines Pumpspeicherkraftwerkes zunutze. Da zwei Drittel der Erdoberfläche von den Weltmeeren in Anspruch genommen wird, stünde ausreichend Speicherplatz zu Verfügung, ohne auf dem Festland zu viel Fläche entbehren zu müssen. Das System kann allerdings auch auf dem Festland problemlos betrieben werden. Die modulare Bauweise des gesamten Energiespeichersystems erlaubt hohe

Stückzahlen, welche sich wiederum positiv auf die gesamte Kostenstruktur des Energiespeichersystems auswirken. Wenn hierbei noch die Verwendung von Recyclingmaterial im Bereich der thermoplastischen Kunststoffe realisiert werden kann, würde das sowohl auf die Herstellungskosten, als auch auf die Recyclebarkeit des Gesamtsystems positiven Einfluss nehmen.

Das mechanische und damit sehr umweltfreundliche Wirkprinzip des Energiespeichersystems greift hierbei den Grundgedanken der Energiewende auf, deren primäres Hauptziel darin besteht, die zukünftige Energieversorgung der Weltbevölkerung nachhaltig und äußerst umweltverträglich zu gestalten.

Die Verwendung bereits ausgereifter Technologien würde eine schnelle Serienfertigung in hohem Maße begünstigen, sodass schon sehr früh mit der Optimierung des Systems begonnen werden kann, während andere Speichertechnologien noch grundlegend erforscht werden müssen. So könnte diesem Speichertyp die wichtige Rolle einer Pioniertechnologie zukommen, welche in Zukunft durch weitere Energiespeichertypen ergänzt werden kann, sobald diese ihre Marktreife erlangt haben.

Weltweit suchen Ingenieure nach geeigneten Strategien, um neue Erneuerbare Energiequellen zu erschließen. Hierbei stehen vor allen Dingen die Sonnen-, Wind- und Wellenenergie im Fokus. So könnte in Zukunft parallel zum rasanten Ausbau der Erneuerbaren Energien ein solides Speichersystem bereitgestellt werden, um in kontrolliertem Maße die Kräfte der Natur zu nutzen, ohne deren Nachteile der Unvorhersagbarkeit und starken Fluktuation in Kauf nehmen zu müssen.

In Zukunft wird sich ein Szenario ergeben, in dem endlich verfügbare fossile Energieträger einem immer größer werdenden Energiebedarf der Weltbevölkerung gegenüberstehen, sodass auf lange Sicht kein Weg an der primären Nutzung Erneuerbaren Energien vorbeiführt. Um der starken Fluktuation der Erneuerbaren Energien Herr zu werden, ist ein solides Speichersystem zum Zwecke einer stabilen Versorgungssicherheit zwangsläufig notwendig. Angesichts dieser Tatsachen ist es sinnvoll sich dieser Herausforderung schon heute zu widmen, um Lösungen für die Energieversorgung der Zukunft zu finden.