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Freitag, 26. April 2013

Energy Storage World Forum, Konferenz Bericht

Energy Storage World Forum Berlin 2013

Auf dem 6. Energy Storage World Forum, 22.-26. April 2013 in Berlin, gab es einen guten Überblick zur weiteren, weltweiten Entwicklung auf dem Speicher-Mark. Vorab, aktuell ist der Speicherbedarf noch sehr gering, und Björn Peters von der Deutschen Bank wies auf die Probleme bei der Kostenstruktur hin. Günstige Batterien haben weniger Lebensdauer, etwa Blei Akkus, gute Batterien mit vielen Zyklen, wie etwa Lithium Akkus, sind sehr teuer,  wie Olivier Vallee von NATUREO FINANCE betonte.
Podiumsdiskussion
Podiumsdiskussion auf dem Forum

Preis und Bedarf

Marco Anuedi vom London Imperial College zeigte einige sehr interessante Diagramme, in denen er den Zusammenhang zwischen Speicher Preis, Auslastung und Stromerzeugungskosten darstellte. Entscheidend ist dass der Markt für Speicher explodieren würde, könnte man für unter 100€ eine kWh abspeichern. Das ist aber mit Batterien kaum zu schaffen. Auf der anderen Seite können Pumpspeicherkraftwerke bereits heute zu diesem Preis Speicherleistungen anbieten.
Wie viel Geld kann mit Speichern eingespart werden? Marco Anuedi vom London Imperial College.

Spezielle Märkte

Aktuell gibt es einige Marktnischen, sehr erstaunlich war etwa ein Kohlekraftwerk in Chile, das kurze, extreme Lastspitzen mit einem 10MW Lithium Puffer abfängt (Stichwort primäre und sekundäre Regelung) . Ein weiterer Aspekt ist die Optimierung von Diesel Generatoren, im Umfeld weniger großer Verbraucher, etwa Landwirtschaft mit Bewässerung und Strom aus Photovoltaik. Hier kann eine Batterie mit entsprechender Steuerung das System erheblich optimieren, wie Mathias Vetter vom ISE in Freiburg erläuterte.
Robert De Groot von ENEXIS aus Holland stellte ein Batterieprojekt für Siedlungen dar. Eine Batterie mit 2h Kapazität kann 75 % der Netzausfälle verhindern, im Beispiel wurde eine 232kWh Batterie für einen Straßenzug, mit  einigen hundert Bewohnern und 186kW verteilte PV-Anlagen, erfolgreich installiert.
Elektrische Omnibusse würden sich bereits heute im Stadtverkehr klar lohnen, leider sind die Kommunen "dumme" Investoren, ein Dieselbus kostet nur 100.000€ und den teuren Diesel muss man erst nach der Wahl zahlen! Einen Lithium-Ionen-Akku Bus muss man im aktuellen Haushalt zahlen, die erheblichen Einsparungen kommen aber erst im Laufe von 10-20 Jahren.
Stromspeicher sind wohl ein Thema für Männer?

Der Stromzähler

Bemerkenswert ist die Aufteilung des Speicher Marktes in die Kategorie "vor dem Zähler" und "hinter dem Zähler",  die von Olivier Vallee eingeführt wurde. Im Stromnetz gibt es den Preis, wie er von der Strombörse festgelegt wird. Dieser Preis schwankt heute in Ländern mit viel PV wenig, etwa in Deutschland. Völlig anders ist die Situation hinter dem Zähler, dort entscheidet  der Verbraucher zwischen eigenem PV Strom und Strom aus dem Netz. Inzwischen ist der PV Strom billiger als der private Strom, was an den extrem vielen Steuern und Abgaben bei Haushaltsstrom liegt. Damit entsteht ein Geschäftsmodell für Batterien.
Dies ist in Deutschland sehr ausgeprägt, da hier ab Mai 2013 erstaunlicherweise sogar Subventionen für Batterien gezahlt werden. Auf diesen deutschen Markt hat Shu Shu aus China hingewiesen, und so werden uns die Chinesen bald nicht nur mit PV beliefern sondern auch mit Batterien.
Einen Vorteil haben diese Batterien bei richtiger Nutzung für das Stromnetz, sie können die Stromspitzen am Mittag abbauen, wie Hauptmeier von der RWE erläuterte. Wenn man es etwas spitz formulieren will, Batterien im Haus ermöglichen den kontinuierlichen Betrieb von Braunkohle Kraftwerken
Wind auf der Insel Irland
Eine bemerkenswert Entwicklung gibt es in Irland, von der Denise O Leary, ESB, Irland, zu berichten wusste  Inzwischen gibt es viele Windturbinen und aufgrund der guten Windverhältnisse werden es immer mehr. Das führt dazu, dass Nachts die Windturbinen abgeregelt werden. Die Lösung ist ein HGÜ (Hochspannung Gleichstrom Übertragung) Kabel nach Wales und England mit einer Kapazität von 5GW, das dürfte Rekord sein, um den Strom Nachts nach England zu exportieren.
Zunehmend weniger Auslastung der konventionellen Kraftwerke, Bernd Calaminus von der EnBW

Technische Batterie Entwicklung

Noch immer ist nicht klar, welche Batterien optimal sind. Vermutlich werden dauerhaft mehrere Systeme, je nach Einsatzgebiet, Verwendung finden.
Bei den flow Batterien  hier werden die Elektrolyten in Tanks gespeichert, gibt es inzwischen viele verschiedene Systeme, die teilweise auch mit organischen Substanzen arbeiten, wie Marcel Skoumal aus Spanien darstellte.
Bei Lithium Akkus gibt es ebenfalls Optimierung, man versucht bis zu 5V Zellspannung zu erreichen.
Die Entsorgung, oder besser das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus könnte in Zukunft so aussehen, dass degenerierte Batterien (80% Rest-Kapazität) aus Autos in stationären Speichersystemen weiterarbeiten, da dort das Gewicht nur eine untergeordnete Rolle spielt.
Ein erhebliches Problem bei der Finanzierung von Batterieprojekten stellen technische Sicherheitsprobleme dar, Stichwort Dreamliner und andere Fälle, in denen große Batteriesysteme in Rauch aufgegangen sind, hier bekommen Investoren kalte Füße, da ein unbekanntes Risiko vorliegt.

Solarer Wasserstoff

Eine alte Idee ist die solare Wasserstofferzeugung. Allerdings ist das nicht lohnend, wenn man daraus wieder Strom erzeugen will, ein Diskussionsteilnehmer wies darauf hin, dass dabei nur 25% wieder aus der Steckdose kommen. Die Verluste bei der Elektrolyse liegen großtechnisch bei 40% (Grund ist die notwendige Überspannung), dazu kommt 8% Verlust durch Kompression und bei der Umwandlung in der Turbine weitere 50%. Allerdings ist es sehr interessant den Wasserstoff direkt an die Chemieindustrie zu verkaufen. Dort wird bisher der Wasserstoff aus Methan unter Abgabe von CO2 gewonnen. Der Markt ist mit 16 Millionen Tonnen erheblich. Auf jeden Fall ist das erstmal sinnvoller als aus solarem Wasserstoff Methan zu erzeugen wie das die Anhänger von Power-to-Gas propagieren.
Eine Publikumsumfrage Wasserstoff oder Lithium-Ionen-Akku als Speichersystem ist unentschieden ausgegangen. Das Hauptproblem bei Wasserstoff sind wohl längerfristig die Brennstoffzellen.

Fazit

Weltweit gibt es einen Roll-out der fluktuierenden Erneuerbaren Energien wie Solarenergie und Windkraft, aber nur an wenigen Stellen ist das Speichern schon sinnvoll. Da zunächst Nischen bedient werden, haben Batterien eine gute Chance.

Weitere Berichte von Energiespeicher Konferenzen:

Dienstag, 23. April 2013

SZ Speichertagung in Düsseldorf

Eindrücke von der SZ Speichertagung 

Vom 21-22. April 2013 fand in Düsseldorf die Süddeutsche Zeitung Speichertagung statt, zu der ich als Referent eingeladen war. Thematisch wurden Strom- und Wärmespeicher sowie politische Aspekte der Energiewende vorgestellt.
Mehrere Referenten,  wie Dr. Weng, ehemals Südwest Strom wiesen auf den Grund für die Energiewende hin, CO2 Einsparung und Ausstieg aus der Kernenergie. Dies wird oft vergessen, daher kritisierte er deutlich die Politik, die oft kontraproduktiv subventioniert um Partikularinteressen zu unterstützen. Etwa ist die Förderung von Batterien unter diesen Aspekt nicht zu rechtfertigen.

Strom oder Wärme

Obwohl die Erzeugung von Wärme wesentlich mehr CO2 verursacht als die Stromversorgung wird praktisch nur die CO2 arme Stromerzeugung mit dem EEG gefördert. Die Sache ist allerdings sehr komplex, da Strom auch Energie und damit CO2 einsparen kann, man denke nur an die Wärmepumpen,  wie  Prof. Dr. Wolfgang Winkler, aus Hamburg erläuterte.
Andererseits ist das speichern von Wärme wesentlich einfacher als das Speichern von Strom. Hierzu stellte Dr. Marc Lindner von der DLR beeindruckende Speicherleistungen von thermochemischen Speichern wie Kalk vor, die bis zu einer kWh Wärme pro kg speichern können, Möglicherweise für das Heizen in Elektroautos zukünftig von Interesse.

Brauchen wir Speicher für Strom? 

Erstaunlicherweise kann man relativ große Anteile von Wind- und Solarenergie ohne Speicher nutzen, solange die anderen Kraftwerke flexibel sind. Dr. Martin Kleimeier, Consultant VDI/VDE, rechnete vor dass ein Absenken der Spitzenleistung von PV-Anlagen auf 70% des peak-Wertes im Bedarfsfall nur einen Verlust von wenigen Promille der Energie bedeutet, ähnlich verhält es sich mit Wind. Auf der anderen Seite gibt es einen starken psychologischen Wunsch, nichts wegzuwerfen. Manfred Volker Haberzettel von der EnBW erläuterte das an einem netten Beispiel, die Hausfrau investiert in eine Tupperdose um manchmal noch eine halbe Zwiebel aufzuheben, ökonomisch nicht begründbar. Er berichtete vom Wunder von Forbach dort wünschen sich die Bürger, im Gegensatz zu Attdorf, ein Pumpspeicherkraftwerk im Nordschwarzwald. Wir leben in (Energie) revolutionären Zeiten und da ist es oft unübersichtlich, wie er meinte. Aktuell lohnen sich Pumpspeicherkraftwerk nicht, da der Strom Mittags wegen der Solarenergie nur noch selten teuer ist,  wie Sebastian Schröer, MVV Energie AG, meinte.
Neue Ansätze wie Power  to Gas haben unter den jetzigen Bedingungen keine Chance, da der Wirkungsgrad mit 25% viel zu niedrig ist, eine Aussage von Dr. Andrei Zschocke,  E.ON,  der die Power-to-Gas Pilotanlage in Falkenhagen vorstellte. Dr. Manuel C. Schaloske stellte den Speicher der Zukunft, Wasserstoff, vor, ich glaube das wird so bleiben, da, es extrem schwer ist, die Infrastruktur in Form eines Tankstellen-Netzes aufzubauen.

Neue Technologien 

Einige Vorträge stellten (mir) neue Technologien vor. Prof. Dr. Sven Steinigeweg von der Hochschule Emden berichtete von der Integration der Methane Nutzung in einer Kläranlage, die in Verbindung mit den vielen Windkraftwerken eine wesentliche Optimierung der Auslastung und damit des Windenergie-Ausbaus erlaubt.
Etwas Science fiction wirkten die supercap Kondensatoren, die immerhin 2600m2 Fläche pro Gramm haben und etwa 10Wh/kg speichern.
Am Montag Abend habe ich dann meinen Lageenergiespeicher vorgestellt, wie immer sehr viele Fragen und große Verblüffung.

Politik 

Aktuell sind alle Änderungen am EEG bis zur Wahl vor Herbst eingefroren, danach ist aber mit einer grundlegenden Änderung zu rechnen,  wie MinDir. Dr. Karin Freier vom Bundesministerium für Umwelt erläuterte. Politisch will Bayern keine "Strompreisbremse" da das EEG die Wirtschaft antreibt und man nicht die EEG Umlage nach "Norden" zu den Windkraft Betreiber senden will.

Weitere Berichte von Energiespeicher Konferenzen:

Samstag, 6. April 2013

Ist der Lageenergiespeicher realistisch?

Strom mit dem Lageenergiespeicher speichern

Als Erfinder des Konzepts Lageenergiespeicher muss ich natürlich vorwegnehmen, dass ich etwas voreingenommen bin, was die Machbarkeit betrifft. Aber ich werde versuchen so gut wie möglich objektiv zu sein.

Arbeitsweise Lageenergiespeicher

Das Prinzip des Lageenergiespeichers
Im Prinzip ist der Betrieb eines hydraulischen Lageenergiespeichers [1] sehr einfach, ein Felszylinder wird mit elektrisch angetriebenen Pumpen durch den Wasserdruck angehoben, bei Strombedarf wird das Wasser aus der Druckkammer über eine Turbine geleitet und liefert Strom. Dass man entsprechende Pumpen und Turbinen bauen kann, die im Stromnetz ökonomisch arbeiten, ist unbestritten, sonst gäbe es keine Pumpspeicherkraftwerke. In der obigen Abbildung ist dies auf der linken Bildhälfte vereinfacht angedeutet. Dass Pumpspeicherkraftwerke momentan wenig Gewinn abwerfen ist ein anderes Problem, das ich unter "paradoxe Marktsignale" schon diskutiert habe.

Bau des Zylinders

Wesentlich schwieriger ist die rechte Hälfte im Bild zu realisieren, der anhebbare Steinzylinder. Hier geht es zuerst um die Frage, kann man einen solchen Felsen freilegen. Ein einfaches Beispiel ist das künstliche Loch des Höwenegg Vulkans, das, bei recht senkrechten Außenwänden, einem "Lageenergiespeicher" mit 100m Radius recht nahe kommt:
Der alte Steinbruch Höwenegg (Googlemaps)
Senkrechte Wände kann man auch sägen, das sieht man in jedem Marmorsteinbruch. Originell ist die Situation in Salzburg, dort wurde versucht, einen Teil des Burgbergs abzusägen, trotz des schlechten Nagelfluh-Gesteins steht die senkrechte Wand immer noch sehr gut:
Gesägte Steinwände in Salzburg (Googlemaps)
Noch überzeugender sollte aber das folgende Bild vom Kanal von Korinth sein:
Kanal von Korinth (Bildquelle Wikipedia)
Der Kanal von Korinth besteht aus zwei fast senkrechten Wänden, ähnlich wie beim Lageenergiespeicher, nur sind hier die Wände nicht zu einem Zylinder gerundet.

Geht man davon aus, dass man die Wände freisägen kann, bleibt bei der Freilegung die Abtrennung des Zylinderbodens ein Problem. Hier könnte eine Maschinen zum Einsatz kommen, wie sie im Bergbau oft Verwendung findet, eine Schrämmaschine. Damit werden im Kohleflöz die Kohlen aus dem Berg geholt, aber auch bei vielen anderen Aktivitäten im Bergbau entfernt man damit Gestein.
Schrämmwalze (Bildquelle: Wikipedia)

Abdichtung

Die Abdichtung des Systems besteht aus zwei Teilproblemen, zum Einem muss man alle Oberflächen die mit Wasser in Berührung kommen, mit einer wasserdichten Folie bekleben. Dies geschieht heute bei Staudämmen regelmäßig mit Geomembranen (Hintergrundartikel Geomembrane). Das sind Kunststofffolien die sehr haltbar mit dem Untergrund verschweißt werden. Bekannte Hersteller geben auf diese Folien sogar 100 Jahre Garantie, da sie hier nicht mit Sonnenlicht in Kontakt kommen, sollte es daher kein Problem mit der Dauerhaftigkeit geben.
Der zweite Teil der Abdichtung bezieht sich auf den Dichtungsring. Dieser muss den Wasserdruck von einigen 10 Bar aufnehmen. Bei einem Speicher mit 125m Radius und 8GWh Kapazität beträgt der Druck an der Dichtung etwa 50 Bar. Damit dieser Druck homogen abgeführt wird, werden mehrere Dichtungsringe mit jeweils 10 Bar Dichtungsdruck verwendet. 10 Bar ist etwa der Druck in jeder Wasserleitung oder in einem LKW Reifen, nicht sehr ungewöhnlich. Allerdings erfordert eine Dichtung immer eine Wand, an der sie gut entlang laufen kann, hierfür ist es notwendig die entsprechende Außenfläche des Schafts mit blanker Metallfolie zu belegen. Die Form des Dichtungsrings, sehr groß, ist aus dem Tunnelbau bekannt, dort werden ebenfalls Dichtungen eingesetzt, damit ein Wassereinbruch an der Tunnelbohrmaschine abgefangen werden kann.

Verkannten und Erdbeben

Häufig wird gefragt, kann ein so großer Zylinder nicht im Schaft festklemmen? Nein das kann er nicht, wenn die Dichtung oberhalb des Schwerpunkts liegt, das liegt daran, dass er dann wie ein Schiff schwimmt, und ein richtig gebautes Schiff ist in einer physikalisch stabilen Lage. 
Die Situation bei Erdbeben ist etwas komplizierter. Ein Erdbeben ist eine elastische Welle im Gestein, dabei bewegt sich das Gestein etwas nach Vorne und dann wieder zurück. Am Lageenergiespeicher wird diese Bewegung an das Wasser übergeben und dann an den Zylinder. Die Welle läuft sozusagen durch den Speicher hindurch, da sowohl Wasser wie auch Fels praktisch inkompressibel sind. Dass bei einem Erdbeben Gebäude einstürzen liegt hingegen daran, dass die Seitenwände zwar hervorragend die Kräfte in der Senkrechten aufnehmen können, jedoch kaum Scherkräfte, die bei einem Erdbeben so zerstörerisch wirken.

Verbleibende Probleme

Das Größte Problem ist vermutlich, einen Investor zu finden, der das Risiko eingeht, einen solchen Speicher zu bauen, da er neu ist. Insbesondere kann man keinen sehr kleinen Lageenergiespeicher bauen, da der Preis aus geometrischen Gründen mit 1/r² fällt. Das bedeutet, große Speicher haben einen sehr kleinen Preis pro kWh Kapazität, sehr kleine aber einen sehr hohen Preis. Ab einem Radius von etwa 50 Meter sollte der Lageenergiespeicher aber wirtschaftlich zu bauen sein.

Weitere Information: