Der Schwungrad-Prototyp auf der TU Wien. Die komplette Lagerung inklusive Regelungselektronik ist redundant ausgelegt, sodass selbst ein Ausfall einzelner Komponenten nicht zu einem ernsten Problem führt.
Skizze des Schwungrades mit Karbon-Mantel.
Wien - Extrem schnell rotierende Schwungräder könnten in Zukunft Energie im großen Stil speichern. Wissenschafter der Technischen Universität (TU) Wien um Alexander Schulz und Johann Wassermann vom Institut für Mechanik und Mechatronik experimentieren gerade mit Erfolg an dieser Möglichkeit . Damit könnten vor allem nachhaltige Energiequellen effizienter genutzt werden, erklärte die Universität am Montag.
"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 Karbonfaserschwungmassen sollen diese Energie über Stunden konservieren und erst bei Bedarf zur Verfügung stellen. So könnten Probleme mit kurzlebigen und vom Materialeinsatz bedenklichen Akkumulatoren umgangen werden.
Erster Prototyp funktioniert
"Ein erster Prototyp 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 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 beseitigt werden. Möglich machen das extrem starke Permanentmagnete aus einer Neodym-Eisen-Borverbindung.
Selbstregulierende Lager
"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. (red/APA)