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Supraleitender magnetischer Speicher (SMES)

Die Entwicklung großer und wirtschaftlich zu betreibender Stromspeicher ist eine der großen Herausforderungen der von der Politik angestrebten Energiewende. Durch den immer größer werdenden Anteil erneuerbarer Energien am gesamtdeutschen Strommix ergibt sich auch eine immer größer werdende zeitliche Diskrepanz zwischen Energieerzeugung und -nutzung. Ursache dieses Phänomens ist, dass die meisten der regenerativen Energiequellen, wie etwa die Nutzung von Sonnenlicht oder Windenergie, nicht gesteuert werden können. Die witterungsbedingten, starken Schwankungen im Energieangebot führen zwangsläufig dazu, dass es zu Zeiten mit einem Energieüberangebot und zu Zeiten mit einer Unterversorgung kommt.

Stromspeicher wirken diesem Effekt entgegen, indem sie bei Überangebot elektrische Energie aufnehmen und diese bei Bedarf bereitstellen. Lösungsansätze gibt es viele, der sogenannte Supraleitende Magnetische Energiespeicher (SMES) ist einer der modernsten und vielversprechendsten. Die Technologie ist noch relativ jung, weshalb die Forschung vor einigen Herausforderungen bei der Entwicklung eines rentablen und zuverlässigen Speichers steht.

Magnetismus
Anziehungskraft - akf - Fotolia.com

So funktionieren Supraleitende Magnetische Energiespeicher

Stromspeicher, die auf dem SMES Prinzip basieren, machen sich im Wesentlichen zwei physikalische Effekte zunutze. Zum einen beruht die Technologie darauf, dass elektrische Spulen bei Stromfluss ein magnetisches Feld erzeugen. In Abhängigkeit der Induktivität der Spule und dem Quadrat der Stromstärke wird in diesem magnetischen Feld Energie gespeichert, die bei Bedarf wieder in einen Stromfluss umgewandelt wird. Wird die Stromstärke in der Spule also verdoppelt, kann mit einer Vervierfachung der gespeicherten elektrischen Energie gerechnet werden.

Bei herkömmlichen Spulen reicht die Nutzung dieses Effekts nicht aus, um die Technologie als eine Speichermöglichkeit in Betracht zu ziehen. Da durch den natürlichen elektrischen Widerstand der Spule automatisch Energie in Form von Wärme verlorengeht, würde die Effizienz bei Weitem nicht für einen wirtschaftlichen Betrieb ausreichen. Besteht die Spule jedoch aus supraleitendem Material, lassen sich die Verluste bei Kühlung des gesamten Apparats auf ein Minimum reduzieren. Die Spule muss zur Speicherung elektrischer Energie kontinuierlich unter der sogenannten Sprungtemperatur gehalten werden, damit der elektrische Widerstand möglichst gering bleibt. Diese liegt je nach Material nur geringfügig über dem absoluten Nullpunkt von -273,15 °C. Die Kühlung der Spule ist daher die zentrale Herausforderung der SMES Technologie, sie erfordert selbst hohe Energiekosten, wodurch die Gesamteffizienz gesenkt wird. Durch die Entladung der Spule kann die gespeicherte Energie anschließend wieder mithilfe eines Energieaufbereitungssystems genutzt werden.

Vor- und Nachteile der SMES Technologie

Supraleitende Magnetische Energiespeicher überzeugen durch eine sehr kurze Ansprechzeit beim Laden und Entladen. Die Technologie eignet sich damit vor allem für Anwendungen, bei denen Energie sehr kurzfristig zur Verfügung gestellt werden muss. Der Energieverlust an sich ist sehr gering, da der elektrische Widerstand der Spule gegen Null geht. Allerdings leidet die Effizienz unter der Notwendigkeit einer kontinuierlichen Kühlung auf extrem tiefe Temperaturen. Zudem ist die Speicherdichte verhältnismäßig gering, weshalb Supraleitende Magnetische Energiespeicher in Zukunft wohl nur bei Anwendungen mit geringer Ansprechzeit und niedrigem Energiebedarf eine Rolle spielen werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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