Preisträger

Dezentrale Speicherung von Windenergie über die Komprimierung von Federn

Ein Jugendlicher steht vor der Messewand des Hessischen Staatspreises Energie und hält in einer Hand die bunt bemalte Löwenfigur, in der anderen die gerahmte Urkunde. Am unteren Rand der Wand die Logos von LEA Hessen, dem Hessischen Wirtschaftsministerium und der Europäischen Union.

Rechenweg in Formelschreibweise: Aus 34 Windungen und 2,5 mm Drahtstärke ergibt sich die Blocklänge 85 mm, daraus der Federweg 0,205 m und die Energie W = ½ · D · l² = 116,5 J. Über die Grundfläche 3,142 cm² und das Volumen 91,11 cm³ folgt die volumenbezogene Energie 1,279 J/cm³ bzw. 1.279.000 J/m³.

Skizze einer Schraubenfeder unter einer als „Masse (m)“ beschrifteten Platte mit den eingezeichneten Größen Drahtstärke d, Radius r, Länge L₁ und Grundfläche G_f. Daneben die Federdaten: Federlänge 29 cm, 34 Windungen, Drahtstärke 2,5 mm, Radius 1,0 cm, Versuchsmasse 11,3 kg, Einfederung 19 mm sowie die Berechnung der Federkonstante D = 111 N / 0,019 m = 5842 N/m.

Zusammenstellung aus drei Teilen: links der schematische Versuchsaufbau mit Zahnstange, Getriebe und Federpaketen, in der Mitte die Skizze einer einzelnen Feder unter einer Masse mit den Maßen d, r, L₁ und G_f, rechts die Federdaten (Federlänge 0,29 m, 34 Windungen, Drahtstärke 2,5 mm, Radius 1,0 cm, Versuchsmasse 11,3 kg, Einfederung 19 mm, Federkonstante 5842 N/m) und die vollständige Rechnung bis zur volumenbezogenen Energie von 1,279 J/cm³.

Ziel ist die Entwicklung einer effizienten dezentralen Speichermöglichkeit für Windenergie, um die Überlastung der Stromtrassen zu reduzieren.

Hierfür soll der fast leere Turm der Windräder genutzt werden. Gespeichert wird die Energie bei dieser Idee über die Komprimierung von Federn. Vom Getriebe in der Gondel wird eine Zahnstange im Turm hinunter gedrückt. An dieser Stange sind auf mehreren Ebenen Platten befestigt. An diesen Platten befinden sich Stößel, die Federn zusammendrücken. Zur Entladung dieses Energiespeichers wird ein Riegel entfernt, die Zahnstange wird von den Federn wieder nach oben gedrückt und treibt über das Getriebe den Generator an.

Bei einem Versuch mit einer Feder (Federkonstante von 5842 N/m) ergab sich eine Speicherkapazität von ca. 1,2 MJ/m³. Dieser Wert ist vergleichbar mit anderen dezentralen Speicherlösungen, die bereits diskutiert werden, und lässt sich durch die Verwendung von Federn mit einer höheren Federkonstanten noch deutlich verbessern.

Schülerinnen und Schüler / Schulen

Hauptverantwortlich

Arne Weyerhäuser

Konzept

Dezentrale Speicherung statt nur Zubau von Windkraft anlagen
Reduzierung der Stromtrassenbelastung und Erhöhung des Beitrages zur Grundlast durch dezentrale Speicherung für Windenergie
Speicherung mittels Komprimierung von Federn im Turm des Windrades
Versuch/Berechnung mit einer Feder (Federkonstante von 5842 N/m) ergab eine Speicherkapazität von ca. 1,2 MJ/m³ (weiteres Potenzial bei höherer Federkonstante)

Das sagt die Jury

Porträt von Prof. Dr.-Ing. Peter Birkner: ein lächelnder Mann mit Brille und grauem Bart im grauen Anzug mit rot gestreifter Krawatte, im Hintergrund unscharf eine Glasfassade. — Prof. Dr.-Ing. Peter Birkner Geschäftsführer House of Energy e.V.