Um den Ausgleich der natürlichen, immer größer werdenden Schwankungen in der Stromerzeugung aus Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie zum Beispiel aus Sonne und Wind gewährleisten können, werden geeignete und machbare Technologien zur Energiespeicherung benötigt. Eine Methode hierzu können mechanische Schwungmassenspeicher darstellen, die überschüssige Energie für den im Versorgungsnetz anfallenden späteren Nutzungsbedarf speichern.

Vor dem Hintergrund der Energiewende werden die Erneuerbaren Energien stetig ausgebaut, was durch ihr volatiles und nur begrenzt prognostizierbares Einspeiseverhalten hohe Schwankungen in der Elektrizitätsversorgung bzw. im Stromnetz nach sich ziehen kann. Daher bedarf es Speicherkapazitäten, die für eine Energieabgabe im Sekunden- und / oder Minutenbereich vorgehalten werden können, um kurzfristig Regelungsarbeit bereitzustellen und dadurch die Netzfrequenz zu stabilisieren. Auf dieser Internetseite wurden bereits einige Energiespeichervarianten wie zum Beispiel Metallhydride, Vulkangestein oder Kyrogene Speicher vorgestellt.

Schwungmassen stellen eine alte mechanische Speichertechnologie mit einer ebenso einfachen wie effizienten Funktionsweise zur Nutzung der Masseträgheit dar, bei der ein mechanischer Rotor (Schwungrad, engl.: flywheel) durch einen elektrischen Motor einer Elektromotor-Generator-Kombination angetrieben und auf hohe Drehzahl beschleunigt wird, so dass kinetische Energie erzeugt wird. Je schneller die Rotation, desto höher die resultierende Bewegungsenergie. Diese im Schwungradsystem gespeicherte Rotationsenergie kann bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt nun wieder in elektrische Energie umgewandelt werden, wenn der Rotor durch den dann angekoppelten Generator abgebremst wird (Bremsenergie) und dadurch über den eigenen Netzanschluss Strom zum Ausgleich oder Glätten von Lastspitzen einspeist. Dies ist das Prinzip der technischen Rekuperation mit dem Ziel der Rückgewinnung von Energie.

Mit einem solchen rotationskinetischen Speicher können Wirkungsgrade von bis zu 90% erreicht werden. Die Speicherkapazität von Schwungradkraftwerken verhält sich neben der Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) abhängig vom Trägheitsmoment des Rades und damit von Masse und Durchmesser. Die Maschinenelemente rotieren mit Drehzahlen von bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute. Vorteile gegenüber chemischen Speichern wie Batterien (Primärbatterien) oder Akkumulatoren (Sekundärbatterien) sind neben dem höheren Wirkungsgrad eine große Anzahl an Ladezyklen, somit eine höhere Lebensdauer, ihre kurzen Reaktionszeiten zum Ausgleich von plötzlichem Mehrbedarf im Verbundnetz, die Standortunabhängigkeit sowie die Umweltverträglichkeit.

Als Nachteile von Schwungmassen können insbesondere die schnelle Selbstentladung sowie die hohen Kosten angeführt werden. Sie eignen sich aufgrund ihrer vergleichsweise kurzen Ausspeicherungsdauer nicht als Langzeitspeicher. Um die Reibungsverluste im Betriebszustand zu minimieren, müssen derartige Speicherkraftwerke in der Regel in luftleeren Vakuumgehäusen verkapselt werden, so dass die Rotation annähernd widerstandsfrei erfolgen kann. Um die Bewegung bzw. die Geschwindigkeit für einen stabilen Betrieb konstant zu halten, müssen zusätzlich relativ teure magnetische und / oder mechanische Lager installiert werden.

Die Entladedauer von Schwungradspeichern beträgt nach dem derzeitigen Stand der Technik etwa eine Stunde, die Speicherkapazität liegt momentan bei bis zu einer Megawattstunde und die aufgenommene / abgegebene Leistung maximal im zweistelligen MW-Bereich, so dass sich diese Schwungmassesysteme in der Anlagentechnik als kurzfristige Ausgleichsspeicher mit dem Zweck einer unterbrechungsfreien Stromversorgung anbieten. Weitere Anwendungen neben der Energieversorgung als Systemdienstleistung finden sich vor allem in Verkehrsfahrzeugen wie Kfz, Straßenbahnen oder Zügen (Bildnachweis: Stromspeicher.eu).