Schwungmassenspeicher zählen zu den spannendsten Technologien der Energiewende: Sie liefern enorme Leistung innerhalb von Sekunden, halten Tausenden von Ladezyklen stand und überzeugen somit dort, wo herkömmliche Batterien an ihre Grenzen stoßen. Weltweit vermarkten nur wenige Unternehmen diese Systeme mit schwebenden Rotoren, Kohlefasertechnologie und nahezu reibungsfreier Speicherung. Einer dieser Akteure ist das Start-up Adaptive Balancing Power. Dieser Artikel beleuchtet die Technologie hinter den Speichern, ihre Einsatzfelder in Industrie, Bahn und Energieinfrastruktur und warum die Speicher zu einem Schlüsselbaustein zukünftiger Energiesysteme werden könnten.
Die Idee des Schwungmassenspeichers ist nicht neu. Sie basiert auf einem der ältesten physikalischen Prinzipien: der Fähigkeit rotierender Massen, Energie zu speichern. Bereits Töpferscheiben oder Kreisel folgen diesem Prinzip. Ein rotierender Körper würde seine Bewegung theoretisch unbegrenzt aufrechterhalten, sofern keine Reibung auftritt. In der Praxis jedoch führen Reibungsverluste dazu, dass die Rotation allmählich nachlässt. Deswegen wurde seit den 1970er Jahren unter anderem von der NASA intensiv daran geforscht, Rotationsverluste zu minimieren. Daraus entwickelte sich die heutige Form des Schwungmassenspeichers.
Eines der vorreitenden Unternehmen, die diese Schwungmassenspeicher vermarktet, ist Adaptive Balancing Power. Die Start-up-Gründer Hendrik Bodenschatz und Nicolai Meder forschten zunächst an der Technischen Universität Darmstadt an Hochleistungs-Permanentmagneten. Daraus entwickelten sie die Idee, rotierende Massen nahezu reibungsfrei zu lagern und so als Energiespeicher nutzbar zu machen. Die Ausgründung aus der Universität erfolgte 2016.
Die sogenannte zweite Generation der Schwungmassenspeicher, deren Technologie im System von Adaptive Balancing Power eingebaut ist, basiert auf einer freischwebenden rotierenden Einheit. Der rund 850 Kilogramm schwere Rotor bewegt sich mit bis zu 18.000 Umdrehungen pro Minute berührungsfrei um einen feststehenden Kern in einem Vakuum. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz von Permanentmagneten, die das System stabil in Schwebe halten und mechanische Verluste stark reduzieren.
Die Funktionsweise entspricht dem Prinzip einer elektrischen Arbeitsmaschine. Ein Elektromotor erzeugt über ein magnetisches Feld Drehbewegung und beschleunigt dabei eine frei gelagerte, berührungslose Schwungmasse in einem Vakuum. Das Vakuum ermöglicht extrem hohe Drehgeschwindigkeiten und minimiert Reibungsverluste. Im Entladeprozess kehrt sich dieses Prinzip um: Die rotierende Masse treibt den Motor als Generator an und wandelt die Bewegungsenergie in elektrische Energie zurück. Motor und Schwungmasse bilden damit ein symbiotisches System aus Energieaufnahme und -abgabe.
Je nach Konfiguration können mehrere Motoren integriert werden, um höhere Leistungen bereitzustellen. Die typischen Leistungsbereiche der Systeme liegen zwischen 125 Kilowatt und 500 Kilowatt pro Einheit.
Im Vergleich zu klassischen Batteriespeichern speichert der Schwungmassenspeicher die Energie nicht chemisch; das System arbeitet rein mechanisch. Elektrischer Strom wird unmittelbar in Rotationsenergie umgewandelt und bei Bedarf wieder als Strom abgegeben. Dieser direkte Energiewandel erfolgt ohne elektrochemische Prozesse, ohne Alterung durch Zyklenbelastung und weitgehend unabhängig von Temperatureinflüssen.
Ein entscheidender Vorteil liegt in der hohen Zyklenfestigkeit und des Leistungsniveaus (kW). Während konventionelle Batteriesysteme auf längerfristige Energiespeicherung ausgelegt sind und einige tausend Lade- und Entladezyklen erreichen, sind Schwungmassenspeicher auf schnelle Lade- und Entladevorgänge ausgelegt, ohne dabei nennenswert an Leistungsfähigkeit zu verlieren. Da keine klassischen Verschleißmechanismen greifen, wird die Lebensdauer primär durch die mechanische Integrität der verbauten Materialien bestimmt. Alle zentralen Komponenten bestehen aus Metall, Kupfer und Kohlefasern.
Beide Technologien erfüllen unterschiedliche Funktionen innerhalb eines Energiesystems. In der Praxis ergibt sich daraus kein Wettbewerb, sondern ein komplementäres Verhältnis: Die jeweiligen Schwächen der einen Technologie werden durch die Stärken der anderen ausgeglichen.
Welche Branchen profitieren von der Technologie?
Ein Anwendungsfeld ist die industrielle Lastspitzenkappung. In Produktionsumgebungen wie Robotik, Spritzgussanlagen oder Fertigungsstraßen entstehen durch Prozessabläufe regelmäßig kurzfristige Leistungsspitzen. Der Speicher gleicht diese aus, entlastet das Stromnetz und reduziert gleichzeitig Netzentgelte.
In Krankenhäusern steht die Energieversorgung unter besonders hohen Anforderungen. Strom, Wärme und in bestimmten Fällen auch Notstrom müssen jederzeit zuverlässig bereitstehen. Die Versorgung kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen: über Fernwärme, Gaskraftwerke, Diesel-Notstromaggregate oder moderne Systeme wie Brennstoffzellen.
In solchen Systemen übernimmt der Schwungmassenspeicher eine zentrale ergänzende Funktion: Er stellt kurzfristig Leistung bereit, stabilisiert das System in kritischen Momenten und überbrückt insbesondere sogenannte Blackout-Szenarien, in denen die Stromversorgung vollständig ausfällt den Anlauf der Ersatzstromquelle. Typischerweise liegt der Einsatzbereich zwischen wenigen Millisekunden und etwa 15 Minuten.
Ein anderer Bereich ist die Netzstabilisierung im Stromsystem. Beim Einspeisen erneuerbarer Energien – etwa im Rahmen des Ausbaus erneuerbarer Energien in Europa – werden Schwungmassenspeicher in Clustern eingesetzt. Dort übernehmen sie Aufgaben wie Frequenz- und Spannungsstabilisierung. In diesem Maßstab werden modulare Systeme im Megawattbereich eingesetzt.
Das dritte Einsatzfeld ist der Bahnbetrieb. Hier wird die Energierückgewinnung (Rekuperation), die beim Bremsen von Zügen entsteht, in den Schwungmassenspeicher zurückgeführt und bei Bedarf für die Beschleunigung anderer Züge wieder genutzt. Im Vordergrund steht dabei weniger die reine Energieeinsparung als vielmehr die Stabilisierung des elektrischen Netzes im Bahnsystem. Dadurch können mehr Züge auf derselben Strecke bei konstantem Spannungsniveau betrieben werden. Gerade bei stark frequentierten Netzen – etwa im S-Bahn- oder U-Bahn-Bereich – entsteht daraus ein erheblicher infrastruktureller Vorteil, da der Ausbau zusätzlicher Oberleitungen oder Unterwerke teilweise vermieden werden kann. Ein solches System wird derzeit in konkreten Projekten umgesetzt und befindet sich in der finalen Projektierungs- und Installationsphase.
Vor diesen unterschiedlichen Einsatzbereichen positioniert sich Adaptive Balancing Power als wachstumsorientiertes Industrie-Start-up. Neben Europa – von Südeuropa über den Nahen Osten bis in die nordischen Länder – steht der Aufbau eines Partnernetzwerks im Fokus, das die Technologie in weitere Märkte bringt.