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Dienstag, 17. April 2012

Wirkungsgrad von Speichern


Mit zunehmendem Ausbau von Wind und Sonne wird es Überschüsse bei der Stromversorgung geben, die zu sehr niedrigen Strompreisen führen. Häufig ist man der Meinung, bei sehr billigem Strom würde der Wirkungsgrad der Speicher nur eine untergeordnete Rolle spielen. Daher soll hier der Zusammenhang zwischen dem Wirkungsgrad eines Speichers und der Wirtschaftlichkeit eines Speichers betrachtet werden.
Strompreisschwankungen an der EEX, mit einem Speicher kann man damit Geld verdienen.

Typische Wirkungsgrade von Stromspeichern

Der perfekte Stromspeicher hat 100% Wirkungsgrad, das bedeutet, eine kWh Strom, die eingespeichert wird, kann man genauso wieder entnehmen. Diesen Wirkungsgrad hat etwa ein Kondensator. Allerdings sind Kondensatoren derart teuer, dass man nur sehr kleine Energiemengen speichern kann und eine weitere Betrachtung dieser Technik keinen Sinn macht.

Pumpspeicher

Nicht ganz so gut, aber mit dem besten Wirkungsgrad für große Strommengen, sind Pumpspeicherkraftwerke. Damit wird mit einer Pumpe Wasser in einem höher gelegenen See gepumpt und bei Bedarf über eine Turbine wieder Strom erzeugt. Die besten Pumpen erreichen heute einen Wirkungsgrad von 92%, für Turbinen gilt dasselbe. Somit liegt der mögliche Gesamtwirkungsgrad bei 85%. In der Praxis wird dieser Wert selten erreicht, da hohe Wirkungsgrade auch immer mit teuren Maschinen verbunden sind. So findet man in der Praxis meist einen Wirkungsgrad von 80% bei neuen Pumpspeicherkraftwerken und bei älteren manchmal weniger als 70%. (mehr zu Pumpspeicherkraftwerke)

Druckluftspeicher

Komprimiert man Luft und pumpt diese in eine Kaverne, so kann man damit auch Energie speichern. Diese sogenannten (nichtadiabatische) Druckluftspeicher-Speicher brauchen wenig Platz, sind technisch nicht sonderlich anspruchsvoll, erreichen aber nur einen Wirkungsgrad von 40%. Dies liegt an einem lästigen physikalischen Effekt, komprimiert man ein Gas, erwärmt es sich. In der Kaverne kühlt das Gas aber aus und verliert damit wertvolle mechanische Energie weil damit auch der Druck abfällt.

Methan

Eine Umwandlung von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff kann mit einem Wirkungsgrad von 80% erfolgen. Verwandelt man diesen Wasserstoff in Methan, lässt sich dieses Gas in fast beliebiger Menge im Erdgasnetz speichern. Das ist für einen Langzeitspeicher optimal, allerdings ist jetzt nur noch 60% der ursprünglichen elektrischen Energie vorhanden. Leider liegt der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Methan mit einer Gasturbine in Strom bei 50%. Damit liegt der Gesamtwirkungsgrad bei 30% (0,6*0,5).
(Mehr zu Erdgasspeicher Power to Gas)

Wirtschaftliche Nutzung eines Speichers.

In der folgenden Rechnung wurden die tatsächlichen Strompreise der EEX-Strombörse in der Zeit vom 19.-26. März 2012 verwendet um optimal mit verschieden guten Speichern Strom günstig einzukaufen und wieder möglichst teuer zu verkaufen. Man sieht deutlich, dass kurz nach Sonnenuntergang der Strom am teuersten ist, weiterhin an manchen Tagen mit viel Wind der Strompreis unter 20 Euro/MWh (2 ct/kWh) liegt.
Einnahmen mit einem Speicher, je nach Wirkungsgrad.

Ist der Wirkungsgrad hoch, etwa 80%, dann kann man bereits geringe Preisschwankungen ausnutzen, da nur ein geringer Verlust im Speicher auftritt. In dem Beispielzeitraum hätte man, auf das Jahr hochgerechnet, 740 Euro mit einer MWh Speicherkapazität verdient. Oder in der bequemen Einheit kWh wären es 0,74€/kWh*a Einnahmen gewesen. Ein normales Pumpspeicherkraftwerk, das 100€/kWh kostet, kann damit nie in die Gewinnzone vordringen. Der Lageenergiespeicher, hätte bereits im zweiten Jahr einen Überschuss erwirtschaftet.

Mit einem geringerem Wirkungsgrad, wie dem Druckluft-Speicher (40%) wären die Einnahmen noch geringer, 0,36€/kWh*a. Selbst bei einer völlig kostenlosen Kaverne ist hier ein Gewinn aufgrund der Turbinenkosten schwer darstellbar.

Mit der Technik „Power to Gas“, bei der Methan erzeugt wird und daraus wieder Strom erzeugt wird, liegt der Wirkungsgrad bei 30% und die Einnahmen betragen nur 0,20€/kWh*a, damit ist die Finanzierung des Elektrolyseurs, der Methanchemie und der Gasturbine schwer vorstellbar, selbst wenn der Speicher, das Erdgasnetz, völlig kostenlos genutzt werden können.

Strompreise in der Zukunft

In Zukunft werden die Strompreise wesentlich stärker schwanken, damit ist eine Verdopplung, oder eine noch wesentlich stärkere Erhöhung der Einnahmen leicht vorstellbar. Allerdings werden dabei die einzelnen Speicher weiterhin nur proportional zum Wirkungsgrad hinzugewinnen.

Jedem den es gelingt, Speicher im Preisbereich von 10€/kWh herzustellen, hat damit ausgezeichnete Einnahmemöglichkeiten. Und genau das könnte die große Chance des Lageenergiespeichers werden.
Anmerkung: Die Rechnung nutzt nur die Daten von acht Tagen und ist daher nicht repräsentativ für das ganze Jahr. Aber sie gibt einen ersten Eindruck, wie sich die Einnahmen einesSpeichers darstellen. 

Montag, 2. April 2012

Benzin ein teurer Energiespeicher?

Jedes Jahr an Ostern brandet die Diskussion auf, warum ist das Benzin so teuer?
Als erstes sind da natürlich die Mineralölkonzerne schuld, halt, so einfach ist das nicht!
Ölpreis in Dollar pro Barrel ab Rotterdam,
Quelle: http://www.finanzen.net/rohstoffe/oelpreis 
Ich will mal versuchen, sachlich einige Aspekte des Beninpreises darzustellen.

Der Rohölpreis

Der Rohölpreis hat direkten Einfluss auf den Benzinpreis, eine ganz stark vereinfachte Rechnung besagt, aus einem Barrel kann man 150 Liter Benzin gewinnen. Kostet also ein Barrel 125$, was um Ostern 2012 der Fall ist, dann kostet ein Liter 0,83$ oder 0,64€/Liter, bei einem Dollarkurs von 1,30€/$.
Das war vor einem Jahr noch anders, da kostete ein Barrel 110$ und der Euro war noch 1,45€/$ wert. Damit kostete das Benzin im Einkauf 0,51€/Liter, damit ist der Einkaufspreis um über 25% gestiegen.
Warum das so ist, liegt an zwei wichtigen Faktoren, Öl wird immer knapper, zudem benötigt Japan sehr viel Öl, da es seine gesamten Kernkraftwerke abgeschaltet hat. Das andere Problem ist der Euro, aufgrund einer starken Ausweitung der Geldmenge, bekannt unter "Eurorettung" hat der Euro weltweit eine schwächere Kaufkraft.
Wir es eine Änderung beim Rohölpreis geben? Vermutlich wird der Preis nicht mehr längerfristig sinken, da es noch keinen Ersatz für diesen optimalen Energiespeicher gibt. Jeder Liter enthält 10kWh, würde man das in einem Bleiakku abspeichern, benötigt man für einen Liter bereits zehn Akkumulatoren. Es gibt aber eine gewisse Preisgrenze nach oben, da es ab einem Ölpreis von 150$/Barrel ökonomisch ist, aus Kohle Öl herzustellen.

Die Steuern

In Deutschland wird Treibstoff besteuert, merkwürdigerweise nicht nach Energiegehalt, sondern nach Treibstoffsorte. So wird Benzin höher (65ct/l) besteuert, als Diesel (47ct/l) und Erdgas (18ct/l) fast überhaupt nicht. Damit versuchen die Politiker den LKW Verkehr zu stärken, viele LKW finden Politiker gut, Autofahrer haben da manchmal eine andere Meinung. 
Der Grund für diese Steuer ist im Prinzip nachvollziehbar, damit sollen die Straßen finanziert werden. Zusätzlich hat man aber auch eine sogenannte Ökosteuer eingeführt, aus der die Renten finanziert werden sollen. 
Interessanterweise kommt auf diese Steuer und den Benzinpreis noch die Mehrwertsteuer hinzu, diese macht 19% aus, was bei einem Tankstellenpreis von 1,70€/Liter immerhin 27ct/l sind. Die Gesamtsteuer pro Liter beträgt damit 0,92€/Liter.

Die Mineralölkonzerne

Die verbleibenden 0,14€/Liter (1,70€-0,64€-0,92€) teilen sich nun die Mineralölindustrie, der Tankstellenbetreiber und der arme Mitarbeiter, der in der Nacht vom Ostersonntag zum Ostermontag in der Tankstelle stehen muss. Ehrlich gesagt sehe ich da nicht all zuviel Luft für Preissenkungen durch die Tankstellen.

Aber aus irgendeinem Grund wird in den Medien jedesmal auf die Mineralölkonzerne losgegangen. Ich will nicht sagen, dass ich jede Aktion der Konzerne so toll finde, man denke nur an die Ölkatastrophen, aber für den hohen Benzinpreis können sie nichts.

Schuldig am hohem Benzinpreis sind:

  1. Der Staat  (54%)  mit seinen Steuern, aber das sind wir, wir bekommen das Geld wieder zurück, in Form von Rente, Straßen und vielleicht sogar Bildung.
  2. Die Ölknappheit (23%), seit 1972 wird weniger Öl gefunden als verbraucht. Solange wir keine anderen Energiespeicher haben, wird fast jeder Preis gezahlt werden.
  3. Die Europolitiker, durch den Kaufkraftverlust des Euros wird Öl teurer.
  4. An letzter Stelle die, die sich darum kümmern, dass überall immer Benzin verfügbar ist. 
Wie wertvoll ist Energie?
Vielleicht auch interessant: Wie viel Geld mit Öl verdient wird!