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Sonntag, 30. Juni 2013

Lithium oder Blei Batteriespeicher, ein Vergleich

Welcher Speicher ist besser: Lithium oder Bleiakku?

Bei vielen Technologien gibt es immer wieder ein Kopf an Kopf rennen. Soll man ein Diesel- oder Benzinmotor fahren? Ist Solarenergie oder Windstrom besser? Letztendlich wird es der Markt entscheiden, oft bleiben aber auch beide Lösungen bestehen, bis eine Dritte die alten Lösungen ablöst.

Der Bleiakku

In der Batterietechnik gibt es das alte Schlachtross Bleiakkumulator, bereits 1854 wurde der Bleiakkumulator von Wilhelm Josef Sinsteden erfunden und entwickelt. Aufgrund der großen Atommasse von Blei benötigt man für das Abspeichern von einer kWh Strom einen 33kg schweren Bleiakku. Dies mach den Bleiakku für die Anwendung in normalen Kraftfahrzeugen viel zu schwer.
Für die stationäre Speicherung von Energie, etwa für eine Photovoltaik Anlage, spielt das Gewicht keine so große Rolle. Im Haus stört eher, dass in einem Bleiakku sehr viel gefährliche Schwefelsäure verwendet wird, daher müssen die Bleiakkumulatoren sicher gelagert werden.
Würde man Bleiakkus im großem Umfang einsetzen, stellt sich die Frage, ob Blei überhaupt in ausreichender Menge gewonnen werden kann. Aktuell werden auf der Welt 3 Millionen Tonnen Blei pro Jahr gefördert, dabei kommt ein Drittel aus China. Theoretisch könnte man mit dieser Menge 90 GWh speichern. Das entspricht etwa der Speicherkapazität der europäischen Pumpspeicherwerke (Ohne Norwegen).

Der Lithium Ionen Akkumulator

Erst seit 1991 gibt es Lithium Ionen Akkumulatoren, der erste Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator wurde, da der Li-Akku sehr leicht ist, für eine Videokamera von Sony eingesetzt. Eine genaue Angabe, wie schwer ein Lithium Akku ist, ist nicht so einfach möglich wie bei Blei, da bei Lithium Akkus nicht das Gewicht von Lithium dominiert, sondern die anderen Bauteile und Elektrolythen. Theoretisch genügen 80 Gramm Lithium um eine kWh Strom zu speichern, in der Praxis liegt der Wert aufgrund der notwendigen Elektrolyten deutlich über einem Kilogramm. Für mobile Anwendungen ist aber Lithium heute immer die erste Wahl, obwohl der Preis eines Lithium Akkus höher ist als bei anderen Akkumulatoren.

Kostenwettbewerb

Jetzt soll der Bleiakku in direktem Wettbewerb mit den Lithiumakku für die stationäre Stromspeicherung gestellt werden, wie er für eine PV-Anlage oft Verwendung findet. 
Folgende Ausgangssituation, die von Professor Sauer in Mainz auf der VDI-Tagung vorgetragen wurde, soll angenommen werden[1]. 
  • Speicherkapazität 5kWh
  • Systemlebensdauer 20 Jahre
  • Kapitalzins 2%
Blei-Akku und Lithium Akku im Vergleich
Das verblüffende Resultat ist, beide Systeme sind in der Praxis mit 13,2ct/kWh gleich teuer. Die Investition in die Lithium-Ionen-Batterie ist zwar höher, als in die Blei-Säure-Batterie, aber die Lebensdauer des Lithiumsystems kompensiert diese Differenz wieder.
In der Berechnung von Sauer werden sehr viel geringere Preise für dass Lithiumsystem angenommen, wie man es aktuell im Handel findet. Seine Argumentation ist, diese Preise entsprechen den Werten, die heute in der Elektromobil-Produktion bereits üblich sind. Mittelfristig werden Heimsysteme im gleichem Preisbereich liegen.

Batterien können sich rechnen

Unter der Annahme, dass eine Solaranlage für 13 ct/kWh Strom erzeugt und der Speicher die kWh für 13,2 ct/kWh, wie oben gezeigt, speichert, ist eine private Speicherung von Solarstrom ökonomisch sinnvoll. Da die meisten mehr als 27ct/kWh für den Strom zahlen. Allerdings muss man einen Händler finden, der das gesamte Speichersystem so günstig liefert.

Weitere Beiträge im Blog:


Quelle:
[1] Sauer, Dirk, et.al., Speicher in netzgekoppelten PV-Anlagen, RWTH Aachen, VDI-Fachkonferenz Energiespeicher für die Energiewende, Mainz 2013 


Kommentare:

  1. Wirklich verblüffend, dass beide Technologien zu den gleichen Kosten führen.
    Die Firma Aquion in USA hat einen langlebigen und kostengünstigen und dazu noch aus ungiftigen Materialien bestehenden Akku entwickelt, der für stationäre Anwendungen verwendet werden kann.
    http://www.aquionenergy.com/
    Ich bin gespannt ob dieser Akkutyp die Systemkosten von Blei- und Li-Ion-Akkus unterbieten kann.

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  2. Bei einem Presi von 13 ct/kWh vergisst man, dass dies eine Quersubventionierung bedeutet. Batteriepuffer, egal mit welcher Technik, können und werden nur für Inselanwendungen infrage kommen. Ansonsten müssen alle anderen Zusatzbelastungen (außer CO2 Steuer) eingerechnet werden. Es kann nicht sein, dass bestimmte Industriebetriebe sich um die Zusatzbelastungen mogeln und nun auch noch bestimmte Verbraucher. Ein Speicherbonus kann dann abgezogen werden. Wer einen Netzanschluss hat, muss für seinen privaten Verbrauch Netzgebühren und Umsatzsteuer bezahlen, ansonsten zahlen nur noch arme Mieter für die Energiewende.
    Wettbewerb und Marktwirtschaft sollten wieder mehr in den Vordergrund gerückt werden!

    B. Brauer

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  3. "Mittelfristig werden Heimsysteme im gleichem Preisbereich liegen."

    Mittelfristig mag das zutreffen für Kurzzeitspeicheranwendungen, aber langfristig werden Akkus wohl nicht so schnell das Problem der Saisonspeicherung in den Griff bekommen. Siehe auch:

    http://www.heise.de/newsticker/meldung/Solar-Akkus-rechnen-sich-erst-ab-2015-1838455.html

    Den Link fand ich zufällig bei einer kurzen Suche nach Akkupreisen. Ich konnte allerdings keine Bleiakkus für 100 €/kWh finden. Das war wohl auch ein Großabnehmerpreis?

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  4. Könnte jemand vielleicht die Rechnung mit entsprechenden Zahlenwerte zur Verfügung stellen . Für mich ist die Rechnung nicht nachvollziehbar.

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    1. Die Kosten- oder die energetische Berechnung?
      Bei der energetischen kann ich vielleicht behilflich sein ..

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  5. Das ist aber eine ziemliche Milchmaedchenrechnung die mit der Realitaet nichts zu tun hat. Wer in Deutschland eine Solaranlage betreibt, wird seinen Batteriespeicher hoechsten 250 Mal im Jahr laden und entladen - und das ist schon sehr optimistisch gerechnet. Zwischen Oktober und Maerz produzieren die Module so wenig, dass sie die Akkus nur zu einem geringen Teil wieder aufladen koennen - und an einigen Tagen gar nicht. Bleisysteme muessen deshal imWinter voll geladen abgeklemmt werden, um sie nicht zu beachaedigen. Oder man muss sie mit Netzstrom aufladen. Wenn man aber nur 250 Zyklen schafft im Jahr, dann sind das 2500 Zyklen in zehn Jahren. Spaetestens dann ist jedoch die kalendarische Lebensdauer der Bleiakkus erreicht und sie muessen ausgetauscht werden. Damit ist die Rechnung fuer Blei mit 13 Cent.pro kWh obsolet. Fuer Lithium kommt man auch hoechstens auf 5000 Zyklen in 20 Jahren. Ausserdem ist der Wirkungsgrad fuer beide Systeme zu optimistisch angesetzt. Angegeben sind nur die Batteriewirkungsgrade, nicht aber die Systemwirkungsgrade. Die Verluste durch die noetigen AC/DC-Wandler addieren sich leicht noch mal auf 10 Prozent...

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  6. Welcher Speicher ist besser: Lithium oder Bleiakku? ... mobilesakku.blogspot.de

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