Druckluftspeicher: China setzt auf Kompression

Die Schaltwarte eines Urbanisators. Von hier aus werden Windräder bei Flaute mit Druckluft beschickt. 

Wie hämisch ist er verlacht worden, wie übel hat man ihm mitgespielt, seine Innovation belächelt und seine Patente auf die lange Bank geschoben. Vor drei Jahren hatte der Erfinder, Entwickler und Bastler Jens Urban sich der Achillessehne der Klimawende angenommen und eine pfiffige Idee ausbaldowert, mit der sich das globale Speicherproblem vor allem im Bereich der Windenergie kostengünstig und ohne die Verursachung weiterer Klima- und Naturschäden lösen lässt.  

Das Wind-zu-Wind-Verfahren 

Seine Doppelrotoren nutzen das aus der Natur bekannte Wind-zu-Wind-Verfahren, um beständig Windstrom zu produzieren. Die anfangs bemängelten Kinderkrankkeiten konnte Urban mit seiner Firma Urban Innovations heilen, indem er den Urbanisator erfand: Einen lokal vorgehaltenen Speicher, in den ein Kompressor in Stromüberschusszeiten Druckluft presst, der bei Windmangel genutzt wird, um die heute so oft lahmliegenden Rotoren anzutreiben. 

Doch so einfach, elegant und nutzbringend das Konzept  auch ist - der aus dem mitteldeutschen Dessau stammende Innovator traf nicht etwa auf jubelnde Fördermittelgeber und freigiebige öffentliche Kassen. Sondern auf Skepsis, Ablehnung und blanken Hohn.

Obwohl die Pressluftspeicher sich bei der seit Jahrzehnten bewährten Technologie der Pumpspeicherkraftwerke bedienen, die im Moment immerhin schon Gigawattstunden (GWh) an Kapazität und Gigawatt (GW) an Leistung für Bedarfsfälle aufbewahren, wollten Behörden und Energieanlagenbauer nichts von der Idee wissen, mit den urbanisatoren nicht Wassermassen in hochgelegene Speicherbecken zu pumpen, sondern Luft unter Druck zu setzen und für Zeiten der Flaute in Druckbehältern zu bevorraten.

Erfinder des Atommüll-Ofens 

Von Pontius bis Pilatus pilgerte Jens Urban, der sich als Erfinder eines Atommüll-Ofens und eines verbesserten Perpetuum-Mobile für die NSA Meriten erworben hat. Eine Testanlage im Fläming, mit deren Hilfe der Wissenschaftler nachwies, dass Druckluftspeicher direkt neben großen Windkraftanlagen genug Luft liefern können, um künstlichen Wind zu erzeugen, wenn der natürliche fehlt, überzeugten die Bürokraten nicht. Auch das Argument der vergleichsweise niedrigen Kosten der Urbanisatoren traf auf taube Ohren.

"Dabei", sagte ein verzweifelt wirkender Erfinder damals, "erfüllen sie eine überschaubar komplexe Aufgabe: Weht zu viel Wind, so dass Anlagen abgeschaltet werden müssten, weil der Strom nicht mehr ins Netz passt, drehen sie sich stattdessen weiter und versorgen einen Druckluftgenerator mit Strom". Der presst Luft mit bis zu 100 bar in den Urbanisator, einen speziell gehärteten Druckluftbehälter, dessen Abmaße frei wählbar sind. "Aus dem wiederum kommt ein kräftiger Luftstrom, sobald der natürliche Wind einschläft." Direkt aus der bevorrateten Druckluft wird über die Windkraftanlage wieder elektrischer Strom gewonnen. "Kein Schnickschnack, keine Elektrolyseure, keine Wasserstofftanks, nichts."

Auslassdüsen gegen die Flaute 

Der Erfinder nutzt einfach und ressourcensparend genau dieselben Windkraftanlagen, mit deren Hilfe die Druckluft zuvor hergestellt wurde. "Flaut der Wind ab, blasen wir die Rotoren über große Auslassdüsen aus den dezentralen Speichern an". Die Umwandlungsverluste seien denkbar gering, zudem handele es sich durchweg um Überflussstrom, den es nicht gäbe, würde das Windrad wie üblich abgeschaltet, sobald Solaranlagen und französischer Atomstrom die Netze verstopfen. 

Die Speichereffizienz der Urbanisatoren liegt beim Doppelten modernster elektrischer Batterien, wenn Material- und Herstellungsaufwand eingerechnet werden. Umso härter traf den jungen Self Made Man die Ablehnung in der gesamten Branche. "Ich hatte geglaubt, unter einem grünen Klimaminister renne ich offen Türen ein." 

Aber so kam es dann doch noch: Über einen früheren Schulfreund, der in Schanghai ein bayrisches Schnellrestaurant betreibt, kam Urban in Kontakt mit dem chinesischen Innovationshub 节约风能 (Jiéyuē fēngnéng), dessen Name ins Deutsche übersetzt so viel wie "Ökonomischer Wind" heißt. Nur wenige Videotelefonate später hatte Urban ein Flugticket nach Peking in der Tasche.

Doppelte Laufzeit 

In der chinesischen Hauptstadt umgarnten ihn sofort Beamte des Klimawirtschaftsministeriums und der chinesischen Volksarmee-Division für ökologische Kriegsführung. Die Idee, Windanlagen bei gleicher Standzeit mit nahezu doppelter Laufzeit betreiben zu können, überzeugte die hochrangigen Gastgeber sofort. "Die Genossen verstanden unmittelbar alle Vorteile." 

Wenn lokal wegen besserer Wetterbedingungen ein Energieüberschuss entstehe, der nicht ins Netz gespeist werden könne, werde einfach Luft verdichtet. Fehle es an Wind, blase diese Luft aus dem Speicher  das Windrad an. Nach vier Tagen in Peking war man im Geschäft, nach einer Woche stand der erste Vertragsentwurf.

Dass China auch in der Umsetzung neuer Ideen schnell ist, hatte Jens Urban gehört. Jetzt aber erlebte er es selbst. Die Chinesen seien begeistert gewesen von der Möglichkeit, mit den Urbanisatoren eine Möglichkeit zur Verfügung zu haben, Energie zu speichern, ohne schmutzige Schwermetalle, Ionen und gefährliche Flüssigkeiten zu verwenden. 

Neue Ära der Speicherung 

In der zentralchinesischen Provinz Hubei nimmt die neue Ära der Energiespeicherung inzwischen Gestalt an: Das "Nengchu-1" ("Es Kann") genannte erste Druckluftspeicherkraftwerk ging bereits Anfang 2024 in Yingcheng ans Netz ging. Es läuft seit Januar 2025 im kommerziellen Regelbetrieb. Die Betreiberin, die staatliche China Energy Engineering Group (CEEC), nimmt für sich einen Weltrekord in Anspruch: Die Anlage habe 300 Megawatt (MW) Leistung, mehr als jedes andere Speicherkraftwerk der Welt. Und mit einem verblüffenden Workflow.

Über einen angeschlossenen Windrotorenpark wird Überflusstsrom gewonnen, der Energie in einem leerem Raum speichert, dessen Volumen nur durch die Wandungsstärke begrenzt ist. "Während die Mengen an Lithium, die die Energiewende braucht, angesichts massiv steigenden Bedarfs an ein Limit kommen werden, kann ein Urbanisator aus ganz einfachen Stahl gebaut werden." Aus den  vorgeschalteten Urbanisatoren ®© könnten die nahegelegenen Windkraftanlagen bei Flaute mit den bevorrateten Druckluftbeständen angeblasen werden, so dass sie durchgehend Strom ins Netz einspeichern.

The Sky is the limit 

Die chinesischen Partner des deutschen Innovators denken schon weiter. Von nun an sollen größere Speicher dieser Art folgen, die Urbanisatoren größer werden. Diese "Chinesische Lösung" sei typisch, sagt Jens Urban. "The sky ist the limit", lächelt er zufrieden. China setzt große Hoffnungen auf die Technologie, die in großem Maßstab überschüssigen Sonnen- oder Windstrom speichern kann, weil die Anklage für das sogenannte Compressed Air Energy Storage (CAES) wie gigantische Powerbanks für die Windkraftanlagen wirkt, die von der Stange kommen. 

Verfeinert haben die chinesischen Ingenieure Urbans Speicheridee zudem: Statt die mit Überflussstrom erzeugte Pressluft in einzelnen kleinen dezentralen Stahlkessel zu speichern, setzen sie auf gigantische unterirdische Hohlräume.

Die Dimensionen von Nengchu-1 sind wirklich groß. Die 300-MW-Anlage kann Energie für bis zu fünf Stunden abgeben, entsprechend einer Speicherkapazität von 1.500 Megawattstunden. Sie nutzt zwei unterirdische Salzkavernen in etwa 600 Metern Tiefe als Speicher für die komprimierte Luft. Die Investitionskosten beliefen sich auf 1,95 Milliarden Yuan (etwa 250 Millionen Euro). 

Mit einem Speichervolumen von 1,9 Milliarden Kubikmetern Luft pro Jahr soll die Anlage jährlich etwa 500 Millionen Kilowattstunden Strom erzeugen. Gleichzeitig werde die Anlage laut Betreiber 159.000 Tonnen Kohle einsparen und den Kohlendioxidausstoß um 411.000 Tonnen reduzieren.

So einfach, so genial 

Das alles ist den Urbanisatoren zu verdanken, die in Deutschland so brüsk abgelehnt worden waren. "Aus denen wird bei Flaute komprimierte Luft freigesetzt und die treibt dann die Windrotoren an, die dann wiederum Strom erzeugen." So einfach, so genial.

Die Urbanisatoren ersparen den Betreibern auch einen Umweg, der bei der älteren diabatischen CAES-Technologie noch notwendig war, mit der  Druckluft nicht Windkraftanlagen, sondern Turbinen antrieb. Dazu musste Luft mit Erdgas erhitzt werden – ein klimaschädliches, weil auf fossiler Energie beruhendes Prinzip, das Jens Urban immer abgelehnt hat. "Wir können doch nicht den Teufel mit dem Beelzebub austreiben", kommentiert er knapp.

Durch konzertierte Forschungsanstrengungen, die er gemeinsam mit chinesischen Kolleginnen und Kollegen leisten werde, sagt Urban, sollen die Kapazitäten weiter erhöht werden. Am Institut für Ingenieurthermophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sind derzeit mehr als 600 Ingenieure und Wissenschaftler damit beschäftigt, den chinesischen Vorsprung bei der Wind-zu-Wind-Technologie weiter auszubauen. 

Mehr als der Rest zusammen 

Derzeit hat China etwa 500 MW CAES-Kapazität am Netz – mehr als der Rest der Welt zusammen und etwa das 4000-fache der bisher allein auf die Testanlage im Fläming beschränkten deutschen Kapazität. Ende 2024 begann bereits der Bau der nächsten Rekordanlage in Jintan mit 700 MW und 2.800 MWh Speicherkapazität, die in der Lage sein soll, nach Fertigstellung selbst den mit einer Gesamtfläche von 39.000 Quadratkilometern weltweit größten Windpark am Rande der Wüste Gobi trocken zu betreiben, wie die Fachleute den Vorgang nennen, bei dem Speicherluft einen Windrotor antreibt. 

Jens Urban hofft auf den Nachahmereffekt, auch wenn er weiß, dass es in Deutschland schwer sein wird, die Genehmigung zur Pressluftspeicherung in geeigneten unterirdischen Formationen wie Salzkavernen zu bekommen. Die Alternative seien künstlich angelegtem Speichertunnel im Felsgestein oder eben seine dezentralen Kleinspeicher, je einer für jeden Rotor. 

Wer ein solches Urbanisatorgebläse einmal in Aktion gesehen habe, werde bestimmt nicht mehr von herkömmlichen Batteriespeicherkraftwerk wie dem in Jardelund in Schleswig-Holstein träumen. "Meine Technologie ist einfach leichter, sauberer, billiger und nachhaltiger." Dank der Partnerschaft mit China kann sie nun auch für sich in Anspruch nehmen, im großen Maßstab getestet zu sein.