Auch mit dem Wind, der in Städten um die Ecken pfeift, lässt sich Strom produzieren. Details zu Erzeugung und Speicherung erforscht das kooperative Promotionskolleg „Windy Cities“ in Stuttgart.
Das Stichwort Energiewende wird oft mit großen Windparks im Norden Deutschlands verbunden. Der Transport des Windstroms in den Süden der Republik erfordert jedoch aufwändige Hochspannungsleitungen, die vielfach umstritten sind. Wie sich lokale Kleinwinde für die Energiegewinnung nutzen lassen, die es in jeder Stadt entlang der Häuser gibt, erforscht daher das kooperative Promotionskolleg „Windy Cities“ der Universität Stuttgart, der Hochschule für Technik Stuttgart (HFT) und der Hochschule Esslingen. Im Stuttgarter Talkessel sind an heißen Sommerabenden solche lokalen Kleinwinde gut spürbar: Wenn die Sonne untergeht, strömt plötzlich ein sanfter Wind über die Talkanten in die Stadt und bringt Kühlung. Ähnliche Phänomene lassen sich auch an der Abbruchkante von Hausdächern beobachten.
Zusammenspiel von Erzeugung und Speicherung
Das Promotionskolleg Windy Cities will diese Thermiken mit Hilfe von Kleinwindkraftanlagen für die dezentrale Stromversorgung in urbanen Räumen nutzen. Dem Kolleg zufolge ist die Energieausbeute solcher Kleinwindkraftanlagen nicht unerheblich, jedoch stehen dem wirtschaftlichen Einsatz noch etliche Hürden entgegen. Ein besonderes Problem sind demnach die je nach Windstärke und Verbrauch fluktuierenden Energiemengen, die eine Herausforderung für die Netzstabilität und die Speichertechnologien darstellen. Im Rahmen von Windy Cities soll daher das Zusammenspiel zwischen der Umwandlung von Wind in Strom und der intelligenten Speicherung in urbaner Umgebung untersucht werden.
Zum einen wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine dynamische Gebäude- und Stromnetzsimulation auf der Basis eines 3D-Stadtquartiermodells entwickeln, mit der sich der Strombedarf in einem Stadtviertel sowie die Stromerzeugung in den nächsten 24 Stunden präzise vorhersagen lassen. Diese Simulation soll mit einem Smart-Meter-System gekoppelt werden, das den aktuellen Energieverbrauch erfasst und das so prognostizierte Lastprofil nutzt, um das Laden und Entladen beziehungsweise den Betrieb der Speichermedien – Batterien sowie Wärmepumpen mit Warmwasserspeicher – zu optimieren. Ziel des Kollegs ist es, primär den Eigenenergiebedarf des Gebäudes zu decken und die Einspeisung von Stromspitzen in das Stromnetz zu minimieren.
Wasserstoff-Batterie zu Mikroreaktoren weiterentwickeln
Ein weiteres Teilprojekt von Windy Cities zielt zudem darauf ab, neuartige chemische Speicher zu entwickeln. Dabei soll ein an der Universität Stuttgart entstandener Prototyp einer Wasserstoff-Batterie zu Mikroreaktoren weiterentwickelt werden, die sich parallel und in Serie verschalten lassen und einzeln ansteuerbar sind. Wasserstoff gilt in Verbindung mit der Rückverstromung über Wasserstoffbrennstoffzellen als besonders attraktiver Energieträger, weil er eine hohe Speicherdichte erreicht, den Kreislauf aus Energiekonversion, Speicherung und Bereitstellung optimal abbildet und einen geringen CO2-Fußabdruck hinterlässt. (ph)