Stromspeichertechnologien Stromspeicher : Speicherarten, Möglichkeiten der Energiewandlung und die Energieform der Speicherung

Stromspeichertechnologien

Stromspeicher : Speicherarten, Möglichkeiten der Energiewandlung und die Energieform der Speicherung

Stromspeichertechnologien

• - Früher: Grundlastproduktion der konventionellen Kraftwerke auch nachts, erzeugten billigen Überschußstrom

• Ergänzung der Spitzenlast tagsüber

• - Heute : Unregelmäßige Strom- produktion durch Wind - und Solarenergie

Pumpspeicherkraftwerke

• Definition:

• Pumpspeicherkraftwerke sind Wasserkraftwerke, die auf dem Prinzip der Pumpspeicherung beruhten, d.h. deren Speichervorrat ganz oder teilweise durch Pumpen bereitgestellt wird.

• Unterscheidung „reine“ und „gemischte“ Pumpspeicherwerke,

• „reine“ füllen ihren Wasservorrat ausschließlich durch Pumpen,
• „gemischte“ haben auch noch einen natürlichen Zufluß

• Geschichte: Pumpspeicherwerke in Deutschland seit 1926 ( Gesamt 600 MW) weltweiter Aufschwung seit 1950 in Ergänzung zu thermischen Grundlastkraftwerken

• Vorraussetzungen für den Bau :

• Geländebedingungen – Grundfläche und Höhendifferenz,
• und sonst noch Wasser, Klima und Nähe zum Leitungsnetz müssen .vorhanden / gegeben sein

• Baugröße : 67,5 MW (Österreich) bis 2 100 MW (USA)

• Entwicklung - Wirkungsgradsteigerung : 70% (1932) 82 % (2004)

Pumpspeicherkraftwerke

Pumpspeicherkraftwerke

Pumpspeicherkraftwerke

• Technische Vorteile:

• Beliebig lange Vorhaltezeit, da kein Speicherverlust
• Schnelle Ein- und Umschaltzeiten (45 s bis 72 s)
• Augenblicksreserve

• Zukünftig :

• - In Deutschland kaum noch freie Geländekapazitäten, nur Modernisierung

• - Weltweit weiterer Neubau, wo Kapital und Gelände gegeben

• Probleme:

• - Ökologische Probleme beim Neubau durch Stauwehr und neuangelegte Becken

• - Akzeptanszprobleme in der Bevölkerung

Druckluftspeicher – Hybridtechnik -

• Definition:

• Das Druckluftspeicherkraftwerk korrekter: Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerk ist ein Spitzenlastkraftwerk, das aus Gasturbinenanlagen besteht, bei denen Verdichter und Turbine unabhängig voneinander und damit zeitlich getrennt betrieben werden, und Speichern für verdichtete Luft.

• Neue Technologie, erstes KW 1979 in Huntorf (BRD), seitdem nur noch 1991 McIntosh (USA) englische Bennenung : Compressed Air Energy Storage CAES

• Beides Hybridwerke:

• Prinzipielle Arbeitsweise wie PumpspeicherKW plus Gasturbine was Base- und Peaklaod angeht

• im Base: Verbrennungsluft födern, verdichten auf 45 bis 60 bar und im Peak-laod nutzen der Verbrennungsluft in Gas- oder Öl-Feuerung

• Anwendung zwecks Wirkungsgradsteigerung des SpitzenlastKWs und Senkung des Brennstoffverbrauches und CO² Ausstoßes um 40 – 60 % plus Augenblicksreserve des Luftspeichers

Druckluftspeicher

Druckluftspeicher – Hybridtechnik -

• Baubedingungen:

• - In der Nähe von Grundlastkraftwerken oder Wind- und Solaranlagen

• - Vorhandensein unterirdischer Speicher z.B. Salzkavernen von Vorteil

• Daten KW Huntorf : Turbinenbetrieb 290 MW über 2 h

• Kompressorbetrieb 60 MW über 8 h

• Daten KW McIntosh: Turbinenleistung 110 MW über 26 h

• Zukünftig: Anwendung möglich zwischen Windpark und Netz

• Gleichmäßige Regelung zur Direkteinspeisung des Windstroms (möglich bei Änderung der Gesetze)

• In Planung:

• - EnBW in Deutschland an der Nordseeküste mit 150 bis 600 MW

• - mehrere Anlagen in den USA , die größte in Norton, Ohio mit 2.700 MW Speicherleistung über 8 Tage entspricht 520.000MWh

Kondensator

• Definition: Kondensatoren speichern Energie in Form eines elektrischen Feldes.

• Formen: – konventionelle Kondensatoren (physikalische K)

• Supercapacitoren ( neu: elektrochemische K)

• Supercapacitoren sind Doppelschichtkondensatoren mit Verschiebung von Elektronen und Massen (Ionen):

• Entnehmbare Leistung > Batterie
• Speicherbare Energie > konventioneller K

• Nachteile : Benötigter Konverter wegen fallender U(t) Kennlinie

• Daten: konv. Kondensator Supercap

• Kapazität 100 F 4000 F
• Energiedichte 0,4 kWh/m³ 10 kWh/m³
• Energiespeicherkap. 16 kWh 40 kWh
• Leistungsvermögen 10 MW 100 kW

Kondensatoren - Supercap

Supraleitender magnetischer Energiespeicher

• Supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES) speichern elektrische Energie magnetisch in Spulen aus supraleitendem Material.

• Ausgeführte SMES: konventionelle NbTi-Supraleiter,

• tiefgekühlt mit flüssigem Helium (Low-Temperatur)

• Erste Versuche : SMES mit Hoch-Temperatur-Supraleiter

• Installation (in einem Sägewerk): SMES (L-T) mit 250 kJ zur kurzzeitigen Lastanpassung in 2003 vom fzk (Forschungszentrum Karlruhe)

• Zugriffszeit 0,02s

• Versuche mit SMES: L-T : Leistungsvermögen 1 MW bei 133 kWh Energiespeicherkapazität

• Viele Entwicklungsmöglichkeiten

Supraleitender magnetischer Energiespeicher

Schwungradspeicher

• Definition: Im Schwungradspeicher wird kinetische Energie gespeichert.

• Zweck: Glättung kurzzeitiger Last- und Leistungsschwankungen

• Erzielung hoher Leistungsspitzen
• Überbrückung von Unterbrechungen
• Speicherung
• Augenblicksreserve

• Mobile (Gyrobus 1950) und stationäre Anwendung möglich, letztere kaum ausgebaut wegen

• Hohem Speicherverlust
• Geringer Energiedichte
• Bis 1980: fehlende Materialentwicklung

• Aber: Leistungsspitzen möglich ,sowie große Zahl von Lade- und Entladevorgängen möglich und somit Nischennutzung

• Bei Weiterentwicklung (Faserverbundstoffe anstatt Stahlrotoren) vielfältige Möglichkeiten – Fahrzeuge, Glättung, Notstrom, Wissenschaft und Raumfahrt

Schwungradspeicher

Batterien

• Definition: In der Regel versteht man unter Batterien die Kombination von zwei oder mehreren elektrochemischen Zellen (galvanischen Elementen) durch Parallel- oder Serienschaltung.

• Man unterscheidet: Primärbatterien

• Sekundärbatterien – auch Akkumulatoren gennant

• Primärbatterien – zum einmaligen Gebrauch

• Sekundärbatterien – Wiederaufladbar

• Vorteil der Akkumulatoren : großer Einsatzbereich :

• – Stromquellen tragbarer Geräte, Starterbatterien, Automobilantriebsbatterien ,ortfeste Anlagen für die Notstromversorgung und Spitzenlastdeckung sowie Inselbetriebsnetzversorgung

• In Japan sind seit 1995 im „Moonlight Project“ zahlreiche Systeme mit 0,1 bis 6 MW installiert worden.

• In Deutschland 1994 die Batteriereserve im Inselbetrieb in Berlin abgeschaltet

Batterien

Wasserstoff

• Zwischenspeicherung elektrischer Energie in Wasserstoff als späterer Brennstoff für Gasakkumulatoren – Brennstoffzellen.

• Vorteil : a) Brennstoffzelle – Leistung und Kapazität des System unabhängig voneinander wählbar

• b) Wasserstoffgas – Lagerung direkt als Gas ohne Verlust bei neuerdings wachsender technischer Realisation
• c) verschiedene Herstellungsverfahren – Technik wählbar nach RB

• Herstellungsverfahren : Dampfreformierung, Partielle Oxidation, Elektrolyse von Wasser, aus Biomasse, Kraemer – Verfahren, Thermische Dissoziation

• Nachteil : noch geringer Wirkungsgrad ca 45 %, aber : viel Forschung

Stromspeichertechnologien

• Resümee: Sehr unterschiedliche Technologien entwickelt nach Bedarf in den letzten 130 Jahren decken ein weites Spektrum ab

• In jedem Lastbereich und für jede Anwendung, ob mobil oder stationär

• Durch die regenerativen Energiesparten Wind und Solar weiterhin viel Bedarf

• In allen Gebieten weiterhin Forschung – teilweise Wirkungsgradsprünge

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !

Quellenverzeichnis

• Schaefer, Helmut: „ VDI – Lexikon Energietechnik“, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf VDI-Verlag, 1994

• Carstens, Jan Hanno; „Aktives Filter mit Energiespeicher zur Anwendung mit Windenergieanlagen“, 1. Auflage Berlin; Köster, 2002, ( Wissenschaftliche Schriftenreihe Windenergienutzung, Bd. 3), Zugl.:Berlin, Technische Universität, Dissertation 2002

• Die Deutsche Bibliothek – CIP – Einheitsaufnahme; „Energiespeicherung für elektrische Netze“ : Tagung Gelsenkirchen, 10. und 11. November 1998 / VDI – Gesellschaft Energietechnik – Düsseldorf; VDI Verlag, 1998 (VDI-Berichte ; 1404)

• Die Deutsche Bibliothek – CIP – Einheitsaufnahme; „ Entwicklungstrends in der Energietechnik“ : Vorträge der ETG-Fachtagung anlässlich des VDE – Kongresses `94 am 19. und 20. Oktober 1994 in München / Veranstalter : Energietechnische Gesellschaft im VDE (ETG). Wiss. Tagungsleitung : Wolfram BOECK _ Berlin; Offenbach: vde-verlag, 1994 (ETG-Fachberichte ; 54)

• Haus der Technik – Vortragsveröffentlichungen; „Energiespeicher“ Heft 451, Herausgeber: E. Steinmetz, Essen : Vulkan-Verlag Dr.W. Classen, 1982

• Riedel, Peter : „Einsatz supraleitender magnetischer Energiespeicher in der Energie- versorgung“ , Fortschrittsbericht, VDI Reihe 6 Nr. 314, Düsseldorf : VDI-Verlag 1994

• Linden, David ; Reddy, Thomas B.: “Handbook of Batteries“, 3. ed. New York, NY [u.a.] : McGraw-Hill, 2002

Quellenverzeichnis

• Die Deutsche Bibliothek – CIP – Einheitsaufnahme; Winkler, Wolfgang: „Brennstoffzellenanlagen“, Berlin :Springer, 2002 ( VDI - Buch)

• Internet:

• www.electricitystorage.org

• „www.doc.ic.ac.uk/~mpj01/ise2grp/energystorage_report/storage.html“

• www.en-o-de.com

• de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Kraftwerke

• umweltministerium.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/erneuerbare_energien_zahlen.pdf

• www.fzk.de

• www.fzk.de/fzk/groups/oea/documents/presseinformationen/id_051940.pdf

• www.destatis.de/

• epp.eurostat.ec.europa.eu/

• epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page?_pageid=1090,30070682,1090_33076576&_dad=portal&_schema=PORTAL

Quellenverzeichnis

• Internet:

• www.vattenfall.de/bewag

• politikwiki.de

• www.bineinfo.de

• http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2003H/AKE2003H_Vortraege/AKE2003H03_Crotogino_CAES_Windausgleich.pdf

• www.enviam-welt.de/welt/energie_und_wissen

• www.mygeo.info/statistiken.html

• www.rwe.com/generator.aspx/rwe-power-icw/standorte/wasserkraftwerke/herdecke/language=de/id=8798/herdecke-page.html

• www.udo-leuschner.de/basiswissen/SB107-002.htm

• www.udomi.de/fuelcell/ultracap-basics.html

• www.verivox.de/News/

Quellenverzeichnis

• Internet:

• www.eglofs.rv.schule-bw.de/energie

• www.energie-fakten.de

• Energie1.physik.uni-heidelberg.de

• www.heise.de/newsticker

• www.heise.de/tr/artikel

• www.rosseta.de

• de.geocities.com/infotaxi/

Backup

Batterien

Batterien

• Übersicht über Sekundärbatterietypen – Bennenung nach Material

• Leistung Batteriesystem Anwendungsgebiete

• gering NiCd –Nickel-Cadmium-Akku Radio, Hörgeräte, Blitzgeräte

• Knopfzellen

• Mittel Pb-Bleiakku, NiCd - Akku, CdAg –Akku Rechner, elektr. Instrumente,

• Tragbare Batterien Lith, LithIo, AlMn, Funkgeräte, Gaswarngeräte

• Belastung hoch: Pb-Akku , NiCd , ZnAg , CdAg Notbeleuchtungen, Alarmsysteme

• Li-Polymer Tragbare Werkzeuge

• Groß Belastung mittel: Pb, CdNi, FeNi Eisenbahn-Signalanlagen,

• Stationäre u. Unterwasserantriebe, Gabelstapler

• Fahrzeugbatterien

• Belastung hoch: Pb, CdNi, ZnAg und Flutlicht, Notstrom, Weiterentwicklungen wie Metall/Luft , Starterbatterien für med. Apparate, ZnBr -Akku, Sodium/Nickel-Chloride Stromversorgung in Satelliten,
• und Sodium/Sulfur-Akku (NaS) E-Mobile, Spitzenlastspeicher