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Dienstag, 27. September 2011

Speicher und Konverter trennen

Es gibt im Prinzip zwei Arten von Stromspeicher, solche, die direkt den Strom speichern und solche, die die Energie erst in eine andere Form umwandeln.
Batterien gehören zur ersten Art, aber auch sogenannte Supercups, Kondensatoren, die ungewöhnlich viel Energie aufnehmen können. Der Strom fliest direkt in diese Systeme hinein und man kann die Spannung einfach abgreifen. Benötigt man doppelt so viel Speicherkapazität, nutzt man doppelt so viele Batterien. 
Die zweite Art der Energiespeicher ähnelt immer einem Pumpspeicherkraftwerk. Es wird mit einer elektrischen Pumpe Wasser auf einen Berg in einen Speichersee gepumpt und bei Strombedarf wird die im Wasser gespeicherte Energie wieder über eine Turbine in Strom umgewandelt. Die meisten Pumpeicherkraftwerke werden in einen Modus betrieben, der eher einem Akku entspricht, das bedeutet, komplett aufladen, komplett entladen. Der Speicher und die Turbinen sind darauf abgestimmt, jeden Tag einen solchen Zyklus zu durchlaufen.
Stromspeicher sollten die Umwandlung und das Speichermedium getrennt durchführen


Speicher für die Solare Zukunft
Für die zukünftigen Formen der erneuerbaren Energien, Sonne und Windenergie, wird dieses Konzept nicht mehr genügen. Es muss eine Trennung zwischen Konverter, das sind die Pumpen, respektive die Turbinen und dem Speichersee bei der Auslegung geben. Der Speicher, hier der Speichersee, akkumuliert über eine längere Phase Energie, dazwischen wird aber immer wieder auch etwas Energie entnommen.
Dies hat den Vorteil, dass die Pumpen und Turbinen, die sehr teuer sind, wirtschaftlich arbeiten können.
Mit jedem Teilladezyklus kann Geld verdient werden, der Strom wird billig eingekauft, wenn etwa die Sonne scheint und die Solarzellen eine Strom-Überproduktion abwerfen. In der Nacht, wenn die Lichter eingeschaltet werden, liefert der Speicher etwas Strom zu einem deutlich höheren Preis, weil jetzt kein anderer, günstiger Strom zur Verfügung steht.
Nach einigen Wochen, wenn der Speicher richtig voll ist, dann kann in einer Phase schlechten Wetters, das ist Wetter, wo weder die Sonne scheint, noch der Wind weht, der Speicher entleert werden. Jetzt ist der Strom sehr wertvoll, weil normale Batterien sicher nicht so lange mithalten können.
Wie sieht so ein Speicher aus?
Obwohl ich bisher einen Speichersee beschrieben habe, kann der Speicher aber auch völlig anders aussehen. Etwa ein Druckbehälter mit Wasserstoff, der als Konverter einen Elektrolyseur hat, der Wasserstoff erzeugt, wenn genügend günstiger Strom vorhanden ist. Ist der Strombedarf hoch, dann wird wie oben beschrieben, aus dem Speicher Wasserstoff (statt Wasser) entnommen und über eine Brennstoffzelle (statt einer Turbine) Strom an das Netz abgegeben. 
Als drittes Konzept kommt hier der Lageenergiespeicher in Frage, der, statt Wasser hochzuheben, eine große Felsmasse anhebt. Auch hier kommen Pumpen und Turbinen, wie bei einem Speichersee, zum Einsatz.
Eine heute oft diskutierte Speicherform ist die Herstellung von künstlichen Erdgas aus Wasserstoff. Dies hat den Vorteil, dass man das Erdgasnetz als Speicher verwenden kann, das, aufgrund der vielen Leitungen, 50 TWh Energie aufnehmen kann, was sehr viel ist!
Vor- und Nachteile
Obwohl alle Verfahren im Prinzip geeignet sind, große Energiemengen zu speichern, gibt es doch eine sehr unterschiedliche Eignung.
Speicherseen kann man kaum noch anlegen, da diese viel Fläche benötigen. Pro Quadratmeter können nur 10 kWh gespeichert werden. Für die notwendige Speicherung von sieben Tagesladungen Strom (11TWh) müssten 1200 km² überflutet werden, das wäre etwa der gesamte Südschwarzwald, höchst unrealistisch. 
Wasserstoff muss auch gespeichert werden, dafür könnten gegebenenfalls unterirdische Tanks geeignet sein. Das Problem sind der geringe Wirkungsgrad (ca. 50%) und die sehr aufwendigen chemischen Anlagen.
Erdgas aus Wasserstoff kann zwar die bestehende Speicherinfrastruktur (Erdgasnetz) nutzen, aber durch die vielen Umwandlungsschritte: Strom>Wasserstoff>Erdgas>Strom, bleibt am Schluss nur noch 25% der eingesetzten Energie übrig. 
Der Lageenergiespeicher hat eine Speicherdichte von 2MWh pro Quadratmeter, daher benötigt er nur ein Hundertstel des Platzes den ein Speichersee braucht. Der Wirkungsgrad von 75% ist den chemischen Verfahren deutlich überlegen.
Wäre der Lageenergiespeicher schon verfügbar, würde er ohne Frage genutzt, das Problem hier ist, dass er noch entwickelt werden muss, aber das sollte in einem Hochtechnologie-Land wie Deutschland kein Problem sein!

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