Alternative zu Akkus

Wiener Forscher speichern Energie in Schwungrädern

(Bild: TU Wien)

In extrem schnell drehenden und elektronisch geregelten Schwungrädern wollen Wissenschaftler der Technischen Universität (TU) Wien um Alexander Schulz und Johann Wassermann vom Institut für Mechanik und Mechatronik in Zukunft Energie in großem Stil speichern. Damit könnten vor allem nachhaltige Energiequellen effizienter genutzt werden, heißt es in einer Aussendung der Universität.

"Was nützt eine Solarzelle, wenn man den elektrischen Strom tagsüber erzeugt, aber erst in der Nacht benötigt? Was nützt ein Windkraftwerk, wenn die stärksten Böen nicht genutzt werden können?", so die Motivation der Forscher. Die Idee: Mächtige Karbonfaser-Schwungmassen sollen diese Energie über Stunden konservieren und erst bei Bedarf zur Verfügung stellen. So könnten Probleme mit kurzlebigen und vom Materialeinsatz bedenklichen Akkumulatoren (Batterien) umgangen werden.

Prototyp mit 500 Umdrehungen pro Sekunde
"Ein erster Prototyp (Skizze im Bild rechts) wiegt 160 Kilogramm und erreicht eine Drehzahl von 500 Umdrehungen pro Sekunde", erklärte Schulz. In einem einzelnen Rotor sei dabei eine Energie von mehreren Kilowattstunden gespeichert - genug, um einen ganzen Haushalt stundenlang zu versorgen.

Schwungräder werden bereits heute als Kurzzeit-Energiespeicher eingesetzt, allerdings führen Reibungsverluste dazu, dass schon nach Minuten ein beträchtlicher Teil der gespeicherten Energie verloren geht. Durch berührungslose Magnetlager soll dieses Problem nun beseitigt werden. Möglich machen das extrem starke Permanentmagnete (Bild links) aus einer Neodym-Eisen-Bor-Verbindung.

Schwungrad läuft auf Magnet-Lagern
"Der ganze Rotor schwebt mit etwa einem Millimeter Abstand zum Stator", so Wassermann. Allerdings genügt es nicht, den Rotor einfach magnetisch zu lagern. Das Lager muss sich selbstständig an den jeweiligen Betriebszustand des Rotors anpassen und kleine Abweichungen ständig korrigieren. Schon allein die Wärmeausdehnung des Rotors verändert seinen Abstand zum Magnetlager und könnte zu Problemen führen. Daher muss sich das System laufend selbst optimieren.

Der rotierende Karbonzylinder bewegt sich an der Außenseite mit bis zu 3.400 km/h - also etwa viermal so schnell wie ein Jumbojet. Wenn das Schwungrad dazu dienen soll, Energie stundenlang ohne große Verluste zu speichern, darf auch die Steuerelektronik nicht viel Energie benötigen. Darin liegt eine der größten Herausforderungen für das Forschungsteam.

Bereits zwei Patente angemeldet
25 Jahre soll die Lebensdauer des neuen Energiespeichers betragen, und selbstverständlich darf keine Gefahr vom hochtourigen Rotor ausgehen. Die Arbeit des Forscher-Teams mündete bereits in zwei Patentanmeldungen. Bis man einen Schwungrad-Energiespeicher für zu Hause kaufen kann, wird aber wohl noch einige Zeit vergehen, doch Interesse von Kooperationspartnern aus der Industrie zeichnet sich bereits ab.

Fotos: TU Wien