Um die Energiewende mit dem Ziel einer nachhaltigen Energieversorgung mittels erneuerbarer Energien statt fossiler und Kernbrennstoffe stemmen zu können, bedarf es neuer, nachhaltiger Ideen und Technologien von wirtschaftlicher und technischer Machbarkeit sowie mit möglichst großer Effizienz. Siemens Gamesa Renewable Energy, originär ein Hersteller von Windkraftanlagen mit Sitz in Zamudio, Spanien, hat nun eine einfache Technik vorgestellt, bei dem Vulkangestein Strom in Form von Wärme speichern und so als Kraft-Wärme-Kopplungs- (KWK-)Anlage fungieren kann.
Dazu hat das Unternehmen auf dem Gelände einer Aluminumhütte in Hamburg im Rahmen eines Pilotprojektes eine Demonstrationsanlage errichtet, die 1.000 Tonnen von nicht näher bezeichnetem vulkanischem Gestein, sogenanntem Vulkanit, enthält. Das Speichergestein ist in einem Betongebäude eingelagert und zur Minimierung der zwangsläufig auftretenden Wärmeverluste über die Außenflächen des Bauwerks mit einer entsprechenden Wärmeisolierung umgeben. Prozessual wird das Gestein mit heißer Luft auf eine Temperatur von etwa 750 °C erhitzt. Die so erzielte Wärmemenge soll bis zu einer Woche lang vom Gestein gespeichert werden können.
Um nun Strom produzieren zu können, wird durch das heiße Gestein kalte Luft erhitzt und auf diesem Weg Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 600 °C erzeugt. Dieser treibt eine nachgeschaltete konventionelle Kondensationsturbine an, die eine installierte Leistung in Höhe von 1,5 MW el hat. Anschließend wird wie im herkömmlichen Kraftwerksprozess über den gekoppelten elektrischen Synchron-Turbogenerator die Bewegungsenergie aus der Dampfturbinenstufe in elektrische Energie gewandelt. Unter diesen Bedingungen können laut Betriebergesellschaft etwa 30 Megawattstunden Strom erzeugt werden. Die Wärmekapazität des Speichers soll dabei etwa 120 Megawattstunden umfassen, was dem thermischen Energiegehalt von rund 10 Tonnen Heizöl entspricht.
Die Effizienz dieser Technologie bzw. des gesamten Dampfprozesses wird vom Betreiber mit einem Wirkungsgrad in Höhe von etwa 45% angegeben. Damit wäre ein solcher Energiespeicher auf Vulkangesteinbasis effizienter als eine Speicherung auf der Grundlage von Brennstoffzellen und Wasserstoff oder als Kohlekraftwerke von älterem Baujahr. Um den Volumenstrom der Speiseluft zu erhitzen, könnte darüber hinaus auch die heiße Abluft aus der benachbarten Aluminumhütte genutzt werden. Wird die resultierende Prozesswärme nicht zur Stromerzeugung verwendet, so könnte sie in Form von Fernwärme oder zur Warmwasseraufbereitung genutzt werden (Kraft-Wärme-Kopplung). Um die Verluste zu minimieren, bietet sich der Bau möglichst großer Kraftwerksanlagen an, denn bereits bei Errichtung einer doppelt so großen Anlage (= vierfache Außenfläche für Wärmeabstrahlung, aber achtfaches Volumen für Wärmespeicherung), würden diese sich in Relation zum Inhalt halbieren.
Das ursprüngliche Konzept des steinigen Energiespeichers entstand bereits im Jahr 2014, als ein Prototyp dieser Technik errichtet wurde, der 40 Tonnen Vulkangestein bei einer thermischen Kapazität von 5 Megawattstunden beinhaltete und eine Kraftwerksturbine mit einer installierten elektrischen Nennleistung in Höhe von 700 kW antrieb. In einem nächsten Schritt soll im kommenden Jahr nun eine weitere, größere Pilotanlage folgen, die bei 10.000 t Speichergestein eine Kapazität von über einer Gigawattstunde thermisch und eine Turbinenleistung von 30 MW el umfassen soll. Die Inbetriebnahme kommerzieller Großanlagen zur Stromproduktion über die Wärmespeicherung ist dann ab dem Jahr 2022 geplant.