Schwungräder

Der mecha­nische Schwung­rad­speicher beruht auf einem sehr simplen Prinzip. Mit über­schüs­sigem Strom aus erneu­er­baren Energien wird über einen Elek­tro­motor eine Masse in Rotation ver­setzt und kann die dabei gespei­cherte Energie bei Bedarf über einen Gene­rator wieder abgeben. Schwung­rad­speicher eignen sich besonders gut für die schnelle Auf­nahme von großen Leis­tungs­spitzen, können aber leider nur sehr begrenzte Ener­gie­mengen spei­chern und sind darüber hinaus sehr teuer in der Anschaffung und ja nach Aus­führung auch im Betrieb.

Schwung­rad­speicher sind auf­grund eines grund­le­genden Pro­blems für den Einsatz als Groß­speicher über einen Län­geren Zeitraum nur bedingt geeignet: Um eine große Ener­gie­menge in rotie­render Masse zu spei­chern, muss ent­weder mit sehr großen Massen oder mit sehr hohen Dreh­zahlen gear­beitet werden. Beides erfordert eine sehr auf­wendige Lagerung der Welle der Rota­ti­ons­masse.

Ein Lager, welches sich für hohe Dreh­zahlen eignet, ist ein magne­ti­sches Lager. Hier wird die Rota­ti­ons­masse durch ein gere­geltes magne­ti­sches Feld in der Schwebe gehalten. Dadurch ent­steht keine Reibung, aller­dings muss die gesamte Masse des Rota­ti­ons­körpers während der gesamten Spei­cher­dauer durch ein ener­gie­auf­wen­diges Magnetfeld ange­hoben werden. Diese Variante eignet sich nur für die Kurz­zeit­spei­cherung und relativ geringe Rota­ti­ons­massen.

Ein Lager für große Rota­ti­ons­massen, aber relativ geringen Dreh­zahlen, kann bei­spiels­weise mit­hilfe von Ölpumpen rea­li­siert werden. Diese halten einen Ölfilm zwi­schen Lager und Welle auf­recht, auf welchem die Welle „schwimmt“. Unter anderem auf diese Weiser werden auch große Gene­ra­toren in Kraft­werken gelagert. Eine Anwendung von Schwung­rad­spei­chern ist eine Variante des von 2009 bis 2013 in der Formel 1 ein­ge­setzte KERS (Kinetic Energy Recovery System). Aller­dings kam die rein mecha­nische Variante des Schwung­rad­spei­chers nie zum Einsatz. Es sollte als Kurz­zeit­speicher ein­ge­setzt werden, um die Brems­energie zur erneuten Beschleu­nigung zu nutzen. Es wurden drei Vari­anten des KERS ent­wi­ckelt (elek­trisch, elek­tro­me­cha­nisch und mecha­nisch). Die elek­trische und elek­tro­me­cha­nische Variante kam von 2009 bis 2013 und ab 2014 im wei­ter­ent­wi­ckelten ERS (Energy Recovery System) zum Einsatz.

Mit dem mecha­ni­schen KERS wurde 2009 bei einer Drehzahl von bis zu 60.000 Umdrehungen/min eine Ener­gie­menge von 0,11 kWh bei einem Wir­kungsgrad von etwa 70% erreicht. Das System wog dabei nur 25 kg.