Wie viel Öl wird noch gebraucht?

Warum der Ölpreis soweit sinkt

In den letzten Jahren konnte man an der Börse den stark schwanken Ölpreis sehen zwischen 144 $ für ein Barrel und neuerdings weniger als 40 $ für ein Barrel hat der Preis innerhalb kurzer Zeit geschwankt. Es ist offensichtlich eine grundlegende Veränderung im Energiemarkt abzusehen. Betrachtet man das Wachstum der Erneuerbaren so beobachtet man seit 20 Jahren einen kontinuierlichen Anstieg bei den Installationen von Wind und Solarenergie.

Abb. 1: Das Wachstum des Stromverbrauchs und der Energieerzeugung aus Wind und Sonne. (Eigene Darstellung)

Extrapoliert man diese Installation neuer Energiequellen, so findet man, dass nach einigen Jahren genügend Elektrizität von diesem System erzeugt wird um alle Energie Bedürfnisse der Menschheit zu befriedigen.

Ende der fossilen Energieerzeugung

Die entscheidende Frage ist, wie lange wird dieser Übergang dauern und, daraus abgeleitet, wie viel Öl ist für diese Phase noch notwendig?

In diesem Blog werde ich zeigen dass die Menge des noch zu fördernden Öls wesentlich geringer ist als die noch vorhandenen Ölreserven! Damit ergibt sich für die Ölförderländer eine ganz merkwürdige Situation: Sie wissen nämlich bereits jetzt dass sie in einigen Jahren kein Einkommen durch den Verkauf von Öl mehr erzielen können. Es ist wie auf einen Markt auf den viel zu viel Kartoffeln im Angebot sind der Preis für die Kartoffeln weit absinkt so ist es auch hier. Es ist nicht nur aktuell zu viel Öl-Förderung vorhanden sondern es sind darüber hinaus, einige werden Staunen, zu viele Ölreserven vorhanden um einen guten Preis für diesen, im Moment noch immer sehr wertvollen, Energierohstoff zu erzielen.

Berechnung des Ölbedarfs

In den letzten Jahren haben wir ein Wachstum von etwa 22% für die aus Wind und Sonne gewonnene Energie (Abb. 1). Wir müssen nun berechnen, wie viel Energie weltweit aktuell benötigt wird. Obwohl dies scheinbar einfach ist, müssen wir einige Daten umrechnen. Es ist nämlich ein erheblicher Unterschied ob Energie in Form von Strom oder von einem fossilen Rohstoff vorliegt so kann man aus der thermischen Energie einer Tonne Kohle nur etwa ein Drittel dieser Energie in Strom umwandeln. Dies gilt sowohl für Öl, Kohle, Gas und andere Brennstoffe.

Abb. 2: Annahme, der Stromverbrauch wächst wie bisher ohne Substitution der fossilen Brennstoffe.

Die Stromerzeugung basiert heute noch im Wesentlichen auf wenige Quellen das Verbrennen von Kohle, Erdgas, Uran, die Erzeugung von Wasserkraft und aktuell mit wenigen Prozenten auf anderen regenerativen Systemen (Wind, Sonne!). 

Interessanterweise werden nur geringe Mengen der Ölförderung für die Erzeugung von Strom eingesetzt. Öl dient im Wesentlichen zum Antrieb von Transportsystemen, ob es Autos, Lastkraftwagen, Schiffe oder Flugzeuge sind. Sicher wird nicht in den ersten Jahren der Flugverkehr auf Elektroantrieb umgestellt aber mit einem Energiebedarf von etwa 3% ist diese Segment nicht entscheidend für die globale Umstellung.

Abb. 3: Energiebedarf (rot), Anteil fossile Energie (blau) und erneuerbare ohne Wasserkraft (grün). Die Differenz roter und bleuer Kurve wird heute von Wasserkraft und Kernenergie bereitgestellt. Zukünftig, ab etwa 2035, kann aller Energiebedarf aus erneuerbaren Quellen bereitgestellt werden

Umstellung auf Elektroantrieb

Will man die vollständige Umstellung auf elektrische Antriebe, ein Ziel das innerhalb der nächsten 20 Jahre gut erreicht werden kann, dann wird das Öl, ausgedrückt in einer Energiemenge (TWh) durch eine Strommenge ersetzt die nominal nur ein Drittel so viel TWh entspricht. Da, wie bereits angedeutet, die Verbrennungsprozesse in Motoren nur ca. 30% Wirkungsgrad haben. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen dass einzelne Wirkungsgrade hier nur grob abgeschätzt werden, da es einerseits Verbesserung in Wirkungsgraden gibt andererseits durch verschiedene veränderte Nutzungsgewohnheiten häufig auch niedrige Wirkungsgrade eintreten.

Abb. 4: Gleicher Inhalt wie Abb 3, jedoch mit einer logarithmischen Skala für die Energie.
Man erkennt das gleichmäßige Wachstum der Erneuerbaren, das hier mit 18,5% pro Jahr angenommen wurde.

Strombedarf wächst weltweit

Die insgesamt benötigte Elektrizitätsmenge wird erheblich ansteigen, zum Einen, weil es längerfristig einen globalen Trend zu mehr Energieverbrauch gibt aber zum Zweiten weil die bisher von Brennstoffen erzeugten Arbeitsleistungen zusätzlich durch Strom substituiert werden wird. Wir müssen also die gesamte Strommenge berechnen, die aus dem konventionellen Strombedarf und aus dem substituierten Strombedarf für den Antrieb und auch noch für thermische Vorgänge, insbesondere Heizungen, entstehen. 

Wenn Heizen auch noch elektrisch wird

Bei Heizungen sei darauf hingewiesen dass mit Wärmepumpen ähnlich wie bei Verbrennungsmotoren, allerdings hier positiv, dreimal so viel (Wärme-) Energie erzeugt werden kann als durch den Einsatz vergleichbaren Brennstoffe. 

Abb. 5: Bis 2035 werden noch 528 000 TWh Energie aus fossilen Energieträgern benötigt.

Berechnet man den zusätzlichen Energiebedarf in Form von Strom, so kann man diesen mit dem aktuellen Wachstum bei der Installation erneuerbare Energiequellen vergleichen. 

Ab 2025 wird der Öl-, Kohle- und Gasbedarf rückläufig

Zu dem Zeitpunkt, an dem die erneuerbaren Energiequellen mehr Energie liefern als der gesamte globale Bedarf an Strom ist, wird kein weitere Rohstoff zum Verbrennen benötigt. Dies wird irgendwann zwischen 2035 und 2040 geschehen. Bis dahin muss allerdings noch konventionelle fossile Energie verbrannt werden mit natürlich stark rückläufiger Tendenz ab 2025. 

Abb. 6: Aktueller Anteil der verschiedenen fossilen Energieträger an der weltweiten Energieversorgung

Zählt man die jährlich verbrannte fossile Ressource zusammen, erhält man den gesamten noch vorhandenen Bedarf an fossilen Ressourcen. Es ist nicht trivial den Wechsel insbesondere von Kohle Öl und Erdgas exakt zu beschreiben vermutlich wird die Kohle als erstes aus der Erzeugung herausgenommen da diese am einfachsten durch erneuerbaren Strom substituiert werden kann Kohle wird heute praktisch nur für die Verbrennung in Kohlekraftwerken und zur Stahlerzeugung eingesetzt. Auf die Stahlerzeugung werde ich hier nicht weiter eingehen. Erdgas wird etwa zur Hälfte für die Stromerzeugung und zur anderen Hälfte für die Erzeugung von Wärme verwendet die Substitution bei der Wärmeerzeugung wird als erstes geschehen da es ökonomisch sehr interessant ist aus Strom mit Hilfe von Wärmepumpen sofort drei Mal mehr Wärmeenergie zu erzeugen als ein gleichartiger Anteil an Erdgas produzieren würde. Insbesondere ist es auch bequemer elektrisch zu heizen als mit den doch nicht ganz unerheblichen Gefahren einer Erdgasheizung und den erheblichen Kosten einer Erdgasinfrastruktur.
Des letzte Element in dieser Veränderung wird die vollständige Substitution von Öl, hier ist weiterhin der Flugverkehr ausgeklammert, darstellen.
Die tatsächlichen Möglichkeiten Erdöl zu fördern wird auf der Energie Kolumne von Dr. Björn Peters beschrieben.

Abb. 7: Die verfügbaren, gesicherten fossilen Rohstoffreservern sind weit größer als der Bedarf ,der bis zum Ende des fossilen Zeitalters (ca. 2035) vorhanden ist.  

 Welche Staaten leiden am meisten

Jeder Staat, der heute seine Staatsfinanzen im Wesentlichen aus den geförderten Öl- und Erdgaserlösen erzielt, wird in Zukunft große Probleme bekommt. Hier kann man insbesondere an Russland und die arabischen Staaten denken aber auch einige andere, wie Venezuela und Nigeria haben hier eine schlechte Zukunft. Da diese vorgestellte Analyse den einzelnen Ländern in ähnlicher Form vermutlich bereits bekannt ist, wird nun versucht werden möglichst viel der noch vorhandenen Ressourcen auf dem Weltmarkt zu verkaufen. Die klassische Folge eines solchen Verkaufs Wettbewerbs ist ein erheblicher Preisverfall.

Abb. 8: Wie hoch muss der Ölpreis sein, damit verschiedene Staaten wirtschaften können? Quelle: Deloitte University Press

Man könnte nun meinen, dass dieser Preisverfall schnell auf die Wachstumskurve der erneuerbaren Energien zurückschlägt. Genau dies ist aber erstaunlicherweise nicht der Fall, der Grund liegt darin, dass bereits heute mit Photovoltaik Strom zu einem äquivalenten Preis von 20 Dollar pro Barrel erzeugt werden kann. Das bedeutet erst bei einem Preis von unter 20 $ pro Barrel Rohöl ist überhaupt eine ökonomisch getriebene Ablösung moderner Photovoltaik durch Ölkraftwerke denkbar.

Allerdings wird ein Investor sehr wohl abwägen, ob es nicht wesentlich besser ist langfristige Energiequellen wie Photovoltaik zu installieren, die zudem fast keine Wartung benötigen, als sich auf den Bau oder Betrieb von konventionellen Kraftwerken zu verlassen. Wir werden also einen starken Wandel bei der Energieerzeugung und den Gewinnen, die einzelnen Ländern dadurch entstehen, sehen.

Gibt es neue Gewinner?

Spannend ist hierbei, inwieweit Länder mit sehr günstigen Solareinstrahlung dies nutzen um Strom zu exportieren. Letztendlich ist aber die vorhandene Fläche für Solarenergie derart groß dass es kaum einen vergleichbaren Wettbewerbsvorteil gibt wie es bei der Ölförderung. 

Solareinstrahlung auf der Welt, Quelle: IRENA

Ein weiterer Aspekt ist natürlich die Verteilung der Energie und insbesondere die Speicherung. Es ist unklar ob ein globales Stromnetz das Kontinente überspannt und dieses Problem löst wie es heute von dem chinesischen Netzbetreiber China Grid angestrebt wird, oder ob große Speicher etwa in Form des Lageenergiespeicher diese Aufgabe übernehmen und damit eine kontinuierliche globale und saubere Energieversorgung in Zukunft gewährleisten.

Quellen:

Alle Rohstoff-Daten wurden der BP Datenbank entnommen, dort ist auch eine Excel-Tabelle abrufbar um die Daten bequem weiter zu verarbeiten!

Hinweis zu den Rechnungen:
Es wurden folgende, vereinfachende, Annahmen getroffen:
Die Umrechnung der Energieeinheiten auf TWh basiert auf der Tabelle von Volker Quaschning.
Die Energieumwandlung von Energie-Rohstoffen in Strom erfolgt mit 33% Wirkungsgrad.
Von der Gasproduktion gehen 50% in die direkte thermische Nutzung.
Steinkohle wird nur in Kraftwerken verbraucht.
Öl wird nicht zur Stromerzeugung verwendet.
Das Wachstum des weltweiten Energieverbrauchs beträgt 2,88%.
Das Wachstum aller erneuerbaren Energien beträgt 18,5%.
Das Bezugsjahr für die Verteilung der Rohstoffnutzung ist 2014.

Die Vereinfachungen wurden bewusst gewählt um die Komplexität handhaben zu können. Exaktere Zahlen würden nur eine scheinbare Steigerung der Prognosegenauigkeit bringen. Für den Wert beim Wachstum der Erneuerbaren wurde in der Rechnung der sehr konservative Wert von 18,5% genommen, historisch waren diese Werte immer höher, Eine plausible Änderung der Zahlen in der Analyse würde nur das Ende der fossilen Brennstoffe etwas früher (2030) oder etwas später (2040) bedeuten.

Speicher für große PV Anlagen

Energiespeicher für große Solarfelder

Zunehmend werden für die Wüsten dieser Welt Solarkraftwerke geplant, um die regionalen Bedürfnisse des Energiebedarfs zu decken. So wurden allein im Jahr 2015 mehr als 59 GW PV neu installiert [1]. In Regionen mit schwächeren Stromnetzen sind diese schnell überfordert, daher müssen dringend Speicher als Zusatzelement bereits in der Projektentwicklung berücksichtigt werden.

PV und/oder CSP

Bis heute werden PV Großkraftwerke nicht zusammen mit Speichern betrieben, da es an preiswerten Technologien mangelt und noch kein akuter Bedarf existiert. Konzentrierende Solarkraftwerke (Concentrated Solar Power CSP) nutzen bereits heute große Salzspeicher die mithilfe der Solarenergie erwärmt werden und damit in den Nachtstunden über eine Dampfturbine Energie liefern können. 

Prinzipieller Aufbau eines CSP Kraftwerks mit Wärmespeicher (Quelle: nest)

In der abgebildeten Anordnung benötigt man neben dem Solarfeld, das zumeist in Form von Rinnenkollektoren aufgebaut ist, einen großen Salzspeicher, einen Wärmetauscher, eine Dampfturbine und insbesondere einen Condenser, der erhebliche Mengen an Wasser verbraucht, wenn er effizient betrieben werden soll. 

Modell einer CSP Anlage mit Rinnenkollektoren in der Wüste

Das Kernproblem sind aber die Kollektoren, die aus schwenkbaren Spiegeln bestehen und daher viel empfindliche Mechanik enthalten um mit einer Präzision von weniger als 0,5 Grad dem Stand der Sonne nachgeführt zu werden. Zudem wird durch ein zentrales Rohr ein heißes Öl unter hohen Druck transportiert, daher benötigt man bewegliche Dichtungen die das System letztendlich Wartungsintensiv und damit teuer machen.

Solange PV teuer war, und das liegt ja weniger als 10 Jahre zurück, dass ein kW PV über 5.000$ gekostet hat, war PV gegenüber thermischen Solarkraftwerken keine Alternative. Aber die Zeiten haben sich geändert. Die Installation von PV Großanlagen kostet pro kW nur noch 1.300$ und ist damit erheblich günstiger als CSP, solange man ohne Speicher arbeitet.

PV und Gravity Storage

Photovoltaik ist inzwischen pro installierter Kilowattstunde wesentlich (etwa Faktor zwei) preiswerter als eine CSP Anlage. Daher bietet es sich an, eine PV Anlage mit einer Speichertechnologie zu kombinieren, die wettbewerbsfähig ist.

Prinzipieller Aufbau eines PV-Felds mit einem Lageenergiespeicher (Gravity Storage)

Ein Lageenergiespeicher (Gravity Storage) ermöglicht es, eine kWh so günstig zu speichern, dass eine Kombination von PV und Gravity Storage einen wettbewerbsfähigen Preis in nicht subventionierten Strommärkten ermöglicht.

Modell eines PV-Felds mit einem Großspeicher (Gravity Storage)

Mit dieser Kombination ist es dann möglich, eine kontinuierliche Stromversorgung in der Wüste zu ermöglichen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Fluktuieren der PV Leistung insbesondere bei heraufziehender Bewölkung. Innerhalb von Minuten kann die Leistung eines PV-Felds dann um viele 10 MW abfallen. Das kann von einem Stromnetz das weitgehend auf erneuerbare Energien beruht nicht abgefangen werden. Daher müssen Speicher, die schnell reagieren und große Leistungs- und Energiekapazitäten haben, in das Stromsystem integriert werden.

Schwankung der PV Leistung bei unterschiedlicher Anlagengröße, Quelle [2]

Die Abbildung veranschaulicht, wie steil selbst bei großen PV Anlagen die Stromproduktion ansteigen oder abfallen kann. Es gibt zwar einen gewissen Dämpfungsfaktor durch die große Fläche der Anlage, aber dieser genügt nicht um das Stromnetz stabil zu halten.
Hier sollte erwähnt werden, dass in Ländern wie Deutschland, in dem die Dachanlagen sehr weiträumig verteilt sind, die wetterbedingten steilen Flanken keine entscheidende Rolle für die kurzzeitige Netzstabilität spielen.

PV plus Speicher erlaubt 24h Solarstrom 

Wenn die Welt nicht nur am Tag mit Solarstrom versorgt werden soll sondern auch in der Nacht, dann ist es notwendig gewaltige Speicherkapazitäten aufzubauen. Heute werden vom Kraftwerkspark stündlich 5000 GWh produziert, Selbst wenn in der Nacht der Bedarf nur halb so groß ist, so kann man abschätzen dass für die durchschnittlich 12 Nachtstunden etwa 30.000 GWh gespeichert werden müssen. Zum Vergleich, in Deutschland gibt es eine Speicherkapazität von 40 GWh in Form von Pumpspeichern.
Der Investitionen für den globale Umstieg auf Solarenergie wird sich etwa zur Hälfte aus Speicherkosten und zur anderen Hälfte aus den Kosten für die PV Anlagen zusammensetzen, wie man bei einer genauen Rechnung sieht. Umgelegt bedeutet das eine Investition von 7500 € pro Erdenbürger oder heruntergerechnet auf den Monat, bei 30 Jahren Betrieb, 20 Euro Stromerzeugungskosten pro Monat!
Gelingt diese Investition, dann haben alle Menschen eine stabile, saubere und sichere Stromversorgung.

Quellen:

[1] Joshua S Hill, Global Solar PV Installations Grew 34% In 2015, CleanTechnica, Januar 22, 2016

[2] Ana Dyreson et al, Comparison of solar irradiance smoothing using a 45-sensor network and the wavelet variability model, 43rd ASES National Solar Conference 2014

Speicherforschung in Deutschland

Forschung zu Energiespeicher in Deutschland

Deutschland ist ein Land der Forschung und Entwicklung, durch gute Universitäten, Hochschulen und Industrie könnten wichtige Zukunftsfelder besetzt werden. Eins der zentralen Themen der globalen Energiewende ist das Speichern von Strom. Hier bahnt sich in Deutschland ein Desaster an!

Die zentralen Elemente einer Energieversorgung

Energieversorgung mit Elektrizität benötigt im wesentlichen drei Elemente: 

• Umwandlung einer Energieresource in Strom
• Speichern des Stroms oder der Energieresource
• Versorgungssystem zu den Energieabnehmern

Im alten Energiesystem war die Resourcen Kohle, Erdgas und Uran. In Deutschland werden sehr wirtschaftliche Kohlekraftwerke gebaut, aber Kohle ist in einer Welt die CO2 nur begrenzt emittieren will, keine Energiequelle der Zukunft.

Erdgas ist eine sehr saubere Energiequelle, allerdings ist hier Deutschland von anderen Ländern als Lieferant abhängig. Uran wurde aus politischen Gründen als Energiequelle gestoppt. 

Folge: In diesen Bereichen wird aufgrund des Strukturwandels in der Energieversorgung das vorhandene technische Know How in Zukunft keinen wesentlichen Wert haben.

Die Umwandlung von Solarenergie mit Solarzellen wird künftig die weltweite Energieversorgung dominieren. Obwohl in Deutschland diese Energiewende eingeleitet wurde, ist es nicht gelungen, die Herstellung von Photovoltaik in Deutschland zu halten. Allerdings ist die dafür notwendige Technologie, Solarzellen aus Silizium und Glasscheiben herzustellen, inzwischen so gut verstanden, dass es um Fertigungsanlagen in aller Welt geht. Hier kann der Maschinen und Anlagenbau als Zulieferer dienen.

Die Energiespeicher

Eine fluktuierende Energiequelle wie die Sonne erfordert Energiespeicher, und mit dem globalen Ausbau der Photovoltaik, allein im Jahr 2015 wurden weltweit ca 60 GW installiert, wächst der Speicherbedarf. Eine wahre, sich auftuende, Marktlücke!

Daher müssen gewaltige Ressourcen in die Entwicklung leistungsfähiger Speicher fliesen um weltweit konkurrenzfähige Produkte anzubieten.

Kompetenz an falscher Stelle, Speicherkompetenz Weltanteil. (Quelle: ISI 2015 [1])

Auf der Liste der möglichen Energiespeícher liegt Deutschland in drei Bereichen in der Spitzengruppe: Wasserstoff, Pressluftspeicher (CASE), Schwungräder.

Betrachten wir die drei Technologien im Einzelnen:

Wasserstoff

Wasserstoff ist theoretisch ein sehr guter Energiespeicher, betrachtet man die Energie pro Masseneinheit, dann ist er sogar der beste chemische Energiespeicher. Soweit die Theorie. Leider hat Wasserstoff einige gravierende Probleme, zum einem ist die Umwandlung von Strom zu Wasserstoff und zurück nicht besonders effizient. Weiterhin gibt es erhebliche Probleme Wasserstoff effizient zu speichern. Daher mag es auch nicht verwundern, dass kein anderes Land in diesem Bereich forscht. 

Eine ausführliche Analyse zum Thema Wasserstoffzeitalter habe ich in einem Blogbeitrag "Is the Hydrogen age rising?", durchgeführt.

Die technologische Führerschaft mit 94,8% ist bemerkenswert, allerdings völlig nutzlos, da wohl das Wasserstoffzeitalter nur in Science Fictions kommen wird.

Compressed Air Energy Storage CASE

Luft mit billiger Energie zu komprimieren und bei Bedarf wieder über eine Turbine freizusetzen ist ein sehr logischer Ansatz, zumindest auf den ersten Blick. Luft ist kostenlos, Kompressoren sind allgegenwärtig, alles erscheint einfach. Leider hat die Physik für eine nicht adiabatische Kompression eine Formel, die einen sehr schlechten Wirkungsgrad zwangsläufig zur Folge hat. Praktisch liegt dieser Wirkungsgrad bei 45%, das bedeutet mehr als die Hälfte der Energie kommt nicht wieder zurück. 

Aufwendige neue Verfahren ermöglichen zwar eine adiabatische Kompression, die theoretisch einen sehr guten Wirkungsgrad hat, allerdings zum Preis sehr hoher Systemkosten. 

Leider ist damit aber das Problem noch nicht gelöst, man benötigt einen Speicher, am besten eine Salzkaverne. Diese gibt es in Norddeutschland zwar reichlich, weltweit sind sie aber geologisch eher eine Kuriosität. Das mag auch der Grund sein, dass sonst fast niemand an dieser Technologie forscht oder anders formuliert, 73,8% Weltanteil in der Speicherkompetenz nicht so schwer zu erreichen war.

Schwungrad

Ein Schwungrad dürfte der erste technische Energiespeicher überhaupt gewesen sein, nämlich in der Form einer Töpferscheibe. Man kann diese Technik erstaunlich weit treiben und gelangt dann zu extrem schnell rotierenden Rädern aus Kohlefaser. 

Das Limit der Schwungräder wird durch die Zentrifugalkräfte und die Materialfestigkeit festgelegt. Kohlefasern, wirklich ein high tech Material, erlauben nur sehr begrenzte Speicher mit etwa 4 kWh in einem massiven Stahlkessel. Ja der Stahlkessel ist nötig, da beim Versagen des Schwungrads derart viel Energie freigesetzt wird, dass selbst dicker Stahl durchschlagen wird. So bestehen heutige Schwungrad-Anordnungen aus wesentlich mehr Stahl als Schwungrad! Das führt zu einer schlechten Energiebilanz und ungünstigen Platzbedarf. 

Die Folge, praktisch niemand setzt Schwungräder praktisch ein und ein Forschungsvorsprung ist nicht so wertvoll als gedacht.

Wo liegt die Zukunft

Welche Technologie in Zukunft dominieren wird, kann man nicht sicher sagen, aber man kann sich die Wachstumsfelder und den Technologieeinsatz ansehen:

Relevante Speicher auf dem Weltmarkt und das jeweilige Wachstum. (Quelle: ISI 2015 [1])

Betrachtet man die heute am weitesten verbreitete Technologie, so Dominiert mit weitem Abstand, man beachte die logarithmische Skala, PHS, Pumpspeicherkraftwerke, mit 97,5%! Und wie hoch ist der deutsche Anteil im Bereich des Wissens um diese Technik? Leider nur klägliche 4,4%. Das könnte man natürlich ändern, wenn man die Forschung zum Lageenergiespeicher fördern würde, aber diese erfolgt bisher noch nicht.

Die am stärksten wachsende Speichertechnologie sind LiB, Lithium Ionenbatterien, die im Mittel in den letzten fünf Jahren um unglaubliche 90% pro Jahr gewachsen sind. Der Grund ist klar, Batterien für Elektroautos werden daraus hergestellt und Speicher für Solaranlagen. Da Deutschland erheblich von der Autoindustrie abhängt als ein ganz klarer Fall, hier muss geforscht werden. Leider liegt das Know How bei erschreckend niedrigen 3,3% im weltweitem Vergleich. 

Der Bereich mit relativ großem Anteil am Markt und beachtlichen Wachstumszahlen ist die thermische Energiespeicherung. Hier liegt das Wissen um diese Technologien bei praktisch Null, oder um genau zu sein, bei 0,1%.

Desaster der Technologieförderung

Betrachtet man die Lage der deutschen Speicherforschung und des erarbeiteten Wissens, kann man nur ein Fazit ziehe: Nicht Zukunftsfähig.

Es wurden über Jahrzehnte Technologien entwickelt, von denen sich andere längst verabschiedet haben, weil es kein Potenzial gibt und man hat die Technologien, die wirtschaftlich am bedeutendsten sind völlig vernachlässigt. 

Daher muss man massiv versuchen, zumindest in der Batterietechnik und bei Pumpspeichertechnologien (Hier ist Österreich führend) Anschluss zu finden.

Die Ressourcen sind da, man muss nur die Forschung in nicht entwicklungsfähige Technologien einstellen.

Quellen:

[1] Gesamt-RoadmapStationäre Energiespeicher 2030, Fraunhofer-Institut für System und Innovationsforschung ISI, Dezember 2015

Tesla Geschwindigkeit optimieren

Aufladen der Batterien des Tesla S

Wer ein Elektroauto fährt, der muss nie zur Tankstelle und ölverschmierte stinkende Benzin- oder Dieselspritpistolen in die Hand nehmen. Allerdings muss man bei längeren Fahrten an eine Ladesäule.  Wie öft das vorkommt, will ich in diesem Beitrag zeigen und Berechnen, wie man optimal fährt.

Wie weit kommt man mit einer Batterieladung?

In der Herstellerangabe für den Tesla S 85D steht eine Reichweite von 524 km nach NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus). Dass die Europäischen Fahrzyklen nicht unbedingt die Realität wiederspiegeln ist hinlänglich bekannt, daher sollen hier realistische Werte untersucht werden. 

Bericht von der Weltrekordfahrt mit einem Tesla in 24h über 2424km weit gefahren, Gratulation an Horst Lüning!

Freundlicherweise stellt TESLA auf seiner Website einen Rechner vor (Reichweite, runterscrollen), bei dem man unter verschiedenen Randbedingungen, insbesondere bei verschiedenen Geschwindigkeiten, Temperaturen und mit Heizung, die tatsächliche Fahrleistung berechnen kann.

Beispiel:

• Tesla S 85D
• 19Zoll Reifen
• Geschwindigkeit: 100km/h
• Außentemperatur: 10°C
• Heizung an

Reichweite: 448 km

Die Bedeutung der Geschwindigkeit

Den größten Einfluss auf die Reichweite hat die Geschwindigkeit!

Das ist zwar bei allen Autos so, aber bei einem Elektroauto wird das eben viel genauer gemessen und wahrgenommen. Ich habe den Zusammenhang für mein Auto einmal in einer Grafik dargestellt, die "Messwerte" entstammen der Website von Tesla, da eine eigene Messung zu aufwendig ist.

Stromverbrauch mit Tesla Daten errechnet und extrapoliert

Der Verbrauch liegt bei einer Geschwindigkeit von 110km/h bei etwa 20kWh. Dies ist auch mein Erfahrungswert.

Auf der Website von Tesla kann man nur bis 120km/h Geschwindigkeit rechnen (Rote Quadrate), den Rest (Gestrichelt) habe ich mit einer quadratischen Näherung extrapoliert. Wer es nachrechnen will, die Formel lautet:

Verbrauch = 0,0010604v2 - 0,0046211v + 7,3626145

Dabei muss man als Geschwindigkeit v km/h eingeben.

Fährt man also mit 150km/h, die Grenze, bei der der Autopilot noch die Steuerung übernehmen will, dann hat man bereits einen Verbrauch von über 30kWh/100km.

Optimales Aufladen

Da höhere Geschwindigkeiten zu einer geringeren Reichweite führen, habe ich mir die Frage gestellt, was ist dann die optimale Geschwindigkeit, wenn man die Ladezeit an den Superchargern mit einkalkuliert. Hier ist von Bedeutung, dass die volle Ladeleistung nur bis etwa 50% der Batterieladung abgegeben wird, danach wird der Ladevorgang langsamer, das ist technisch bedingt.

Der Tesla Website entnimmt man hier die folgende Abbildung für das Ladeverhalten:

Ladegeschwindigkeit am Supercharger

Lädt man 20 Minuten, ist die Batterie bereits halb voll, das ist von der Ladezeit optimal. Jetzt habe ich für eine hypothetische Tour von 1000 Kilometer berechnet, wie oft man an den Supercharger muss. Dies kann man aus der Reichweite des Fahrzeugs ermitteln, da diese ja geschwindigkeitsabhängig ist, wieder eine Kurve:

Reichweite mit einer halben "Batteriefüllung" entspricht 42,5 kWh beim S 85D

Fährt man gemütlich mit 70 km/h kann man immerhin 350 km mit der halben Batterieladung erreichen und spart sich natürlich viele Besuche bei der Ladestation. Fährt man schnell, kommt man natürlich auch schneller voran und muss öfter laden.  

Um das Optimum zu finden muss man Ladezeit und Fahrzeit zusammenzählen. Ich bin nun von folgenden Annahmen ausgegangen:

• Reichweite wie oben dargestellt
• Start mit halb voller Batterie
• fast leere Batterie am Supercharger
• 20 Minuten Ladezeit (50%)
• 10 Minuten für Ab- und Auffahrt von der Autobahn

Damit ergibt sich folgende Zeit für die 1000 km Reise:

Tatsächliche Reisezeit mit Ladezeit und Abfahrtzeit zu den Ladestationen

Wenn man mit 110 km/h fährt hat man eine Reisezeit von 12 Stunden, bis man eine Entfernung von 1000 km überwunden hat. Eine weitere Steigerung der Geschwindigkeit auf 140 km/h bringt nur eine geringe Verbesserung um 34 Minuten, eine weitere Steigerung auf 150 km/h gar nur noch 6 Minuten, danach wächst die Reisezeit sogar wieder an!

Ökologisch ist eine sehr hohe Reisegeschwindigkeit auch nicht, da deutlich mehr Strom verbraucht wird, auch wenn man den an Superchargern nicht bezahlen muss. So kostet eine gewonnene Minute, wenn man statt 130 km/h 140 km/h schnell fährt, 4 kWh oder einen Euro, wenn man die Energie zuhause bezahlen würde.

Empfehlung

Wenn man sehr lange Strecken fährt, ist es nicht sinnvoll extrem schnell zu fahren, die in vielen Ländern vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit von 120 km/ Stunde erlaubt mit einem Tesla bereits eine optimale Reisegeschwindigkeit wenn man das Aufladen berücksichtigt.

Hinweise:

In der Praxis steht natürlich nicht exakt nach 50% Stromverbrauch ein Supercharger, daher kann man das hier theoretisch Beschriebene nicht exakt umsetzen, aber es ist doch ein guter Hinweis zur Optimierung.
Weiter wichtige Einflussgrößen sind Wind und auch Fahrtwind von anderen Fahrzeugen, die die Reichweite erheblich beeinflussen können, wie mir immer wieder auffällt.
Berge habe ich jetzt nicht näher betrachtet, der Einfluss ist aber geringer als man denkt.

Eine sehr gute Website zum Planen für langstrecken ist "A Better Routeplaner", dort kann man auch reale Fälle duchtspielen und landet bis auf wenige Minuten beim gleichem Resultat.

Mehr zu meinen Tesla-Erfahrungen in einem Fahrbericht

Eine andere Rechnungen die mir inzwischen mitgeteilt wurde:
http://tff-forum.de/viewtopic.php?f=68&t=4450

Tesla, Teil 2, Fahrbericht

Tesla auf großer Fahrt

Nachdem ich gleich nach dem Kauf des Tesla S 85D über meine Einschätzung des neuartigen Batterieautos berichtet habe, folgt jetzt ein ausführlicherer Bericht über den Fahralltag.

Eine Reise über 1400 km

Kürzlich musste ich eine Reise nach Brüssel zum Empfang der European Association for Storage of Energy (EASE) durchführen. Mir standen drei Möglichkeiten zur Verfügung, Flugzeug, Bahn oder Auto. 

Mit dem Flugzeug brauche ich etwa 5 Stunden, inklusive Anreise, Abfertigung und Wartezeiten am Flughafen, sowie Taxi zum Ziel in Brüssel. Da aber nicht jede Stunde ein Flieger geht, muss ich für Anreise und Abreise aus eigener Erfahrung jeweils 10 Stunden einrechnen, die Wartezeit im Hotel ist da eingerechnet. 

Mit der Bahn ist die Anreise "nur" 7 Stunden, aber mit viermal Umsteigen verbunden, was zumindest nicht bequem ist und das Risiko einer erheblichen Verspätung wegen eines versäumten Anschlusszugs deutlich steigert. Zudem kostet diese Reise in der 1. Klasse erhebliche 500 Euro!

Der neue Supercharger in Erftstadt liegt direkt an einem Umspannwerk,

hier gibt es noch Ausbaupotential! 

Bleibt die Fahrt mit dem Tesla, die reine Fahrtzeit ist zwar mit 8 Stunden auch lange, allerdings kann ich den Abfahrtszeitpunkt optimieren. Die reinen Reisekosten liegen dann im Wesentlichen in den Stromkosten, bei der Abfahrt fahre ich "vollgetankt" los, damit sind 85kWh Strom in der Batterie die bei meinem Elektrizitätswerk 22€ Kosten, das Aufladen auf der Reisestrecke an den Superchargern ist kostenlos!

Um die Kosten der Reise noch weiter zu senken und um keine langweilige Reise zu haben, nehme ich insgesamt vier Personen über das Portal BlaBlaCar auf unterschiedlichen Streckenabschnitten mit, die zusammen sogar 70€ zahlen, insofern ist die Reise fast "Kostenneutral".

Planung der Reise

Wenn man in den Tesla steigt und ein Reiseziel angibt, dann berechnet das Auto automatisch eine Route, die an verschiedenen Superchargern Haltezeiten einberechnet um die Batterie geeignet aufzuladen. Für die Reise bis Brüssel waren das drei Haltepunkte. Auf der Reise habe ich dann aber bemerkt, dass das Auto sehr vorsichtig in der Planung ist und lieber etwas zu früh als zu spät einen Aufladehalt einplant. 

Leider hatte ich in Brüssel kein Hotel mit destination Charger, jener sehr praktischen Einrichtung, die über Nacht das Auto wieder komplett volllädt, somit musste ich vor Brüssel etwas mehr laden um am Morgen wieder weiterfahren zu können. Damit ist ein Halt von 20 Minuten gemeint, um die Batterie wieder auf etwa 60% aufzuladen. Man hält ja zumeist mit einer Restladung von 10% an der Ladestelle, in 20 Minuten werden etwa 50% der Batterie geladen. Ein Aufladen auf 100% ist nicht optimal, da die letzten kWh sehr langsam geladen werden, das liegt am Ladeverhalten der Batterie. 

Die Fahrt

Für die bequeme Ansteuerung der Zustiegspunkte meiner Mitfahrer habe ich diese in meinem Googlekalender notiert. Am großem Display im Tesla erscheint dann der erste Zustiegstermin und durch anklicken navigiert mich das Auto dort hin. Schön wäre, wenn BlaBlaCar diese Daten automatisch als Datensatz überspielen würde. 

Nach dem erreichen der Autobahn hinter Strassburg kann man dann bequem auf Autopilot stellen und sich ganz den Geprächen mit seinen Mitfahrern widmen. Das geht in Frankreich gut, da dort die Geschwindigkeit einheitlich bei 120 km liegt und somit das Überholen praktisch entfällt. Normalerweise "hängt" man hinter einen Lieferwagen (Windschatten!) und das Auto übernimmt außerordentlich zuverlässig die Steuerung. 

Eine Ausnahme stellen die Mautstationen dar, hier muss man definitiv selbst an das Steuer um eine Durchfahrt anzusteuern. Hinter der Mautstation kann man dann in weniger als vier Sekunden auf 100 km/h beschleunigen, sehr zur Belustigung der Beifahrer.

Nach etwa vier Stunden Fahrt wird der erste Supercharger angesteuert. Der erste liegt hinter einem guten Hotel. Im Hotel kann man sich frisch machen und einen ersten Cappuccino zu sich nehmen. Freundlicherweise gibt es dort freies WLAN und einige EMails können abgearbeitet werden, das geht während des Fahrens dann doch nicht.

Alle angesteuerten Supercharger ermöglichten es, dort zumindest einen Kaffee zu trinken, bei einem, einer Tesla Lounge nahe Antwerpen in Belgien, war er sogar frei, erinnerte mich stark an die Lounge am Bahnhof für 1. Klasse Kunden.

Die regelmäßigen Halte hat ein Mitfahrer mit den Kommentar "Das passt gut zur Slowfood Bewegung" Reisen wird wieder ein Reisen und nicht nur eine reine Hetze. Ich kann nicht sicher sagen ob meine  Anspannung, die ich bisher immer am Ende einer sehr langen Autofahrt hatte dadurch wegblieb, dass ich regelmäßig einen Halt eingelegt habe oder dass ich nicht immer mit voller Konzentration auf die Rücklichter der voranfahrenden Autos achten musste, vermutlich beides. Auf jeden Fall bin ich sehr erholt am Ziel und später wieder zuhause angekommen.

Was könnte besser sein?

Jedes Produkt kann man verbessern. Beim Tesla sehe ich Potential in einer genaueren Einschätzung des Energieverbrauchs des Motors. Neben der Geschwindigkeit spielt es eine erhebliche Rolle, inwiefern der Wind, auch der Fahrtwind anderen Fahrzeuge, den Energieverbrauch verändert. Dies könnte man gegebenenfalls in die Kalkulation einbeziehen. Insbesondere auf der Autobahn hatte meine Batterie immer noch erhebliche Reserven, als ich den Supercharger angesteuert habe.

Ähnlich ist es mit Bergen, ich musste am Schluss einen Pass mit 850 Höhenmeter überwinden. Vom eGolf weis ich, dass dieser diese Daten zumindest früher nicht berücksichtigt hat und ein Kollege blieb in der Nacht im Schwarzwald wegen einer Fehlprognose ohne Strom liegen. Tesla rechnet die Steigung offensichtlich großzügig ein, jedenfalls hatte ich zuhause noch 100 km "Reserve" in der Batterie. 

Die Organisation von Mitfahrern bei BlaBlaCar ist leider noch nicht optimal. Im Prinzip könnten diese Daten direkt mit dem Terminkalender und den Routenkoordinaten gekoppelt werden, so dass der Fahrer weis, wo und wann er genau hinfahren soll, zudem würde ein Feedback über die vermutliche Ankunftszeit des Fahrers dem Beifahrer beim Warten helfen. 

Fazit

Die große Ausfahrt mit einem Elektroauto das 500 km Reichweite hat ist dank der Supercharger gut möglich. Für Menschen, die viele Stunden mit über 150 km/h auf der Autobahn zu rasen gewohnt sind, ist entweder eine Umstellung nötig oder diese Menschen müssen noch eine Weile warten, bis auch 1000 km am Stück mit einem Elektroauto möglich sind.

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Hier geht es zum Teil 1: Tesla, mehr als ein Elektroauto
Und eine Analyse zur Reichweite des Tesla

Meine Erfahrungen mit dem Tesla

Tesla, mehr als ein Elektroauto

Seit zwei Jahren gibt es das Model S der Firma Tesla Motors aus Palo Alto in Kalifornien, dem Herz des Silicon Valley. Dort wurde bisher viel Zukunft erfunden und wird offensichtlich immer noch viel Zukunft erfunden.
Nicht nur aus diesem Grund habe ich im Sommer einen Tesla S 85D im Internet bestellt und Mitte Oktober 2015 bekommen. Meine ersten Erfahrungen mit dem Auto will ich in diesem Blogbeitrag beschreiben.

Das Batterieauto

Dank Laptop und Handy haben wir uns ja alle an das nächtliche Aufladen unserer wichtigen technischen Hilfen gewöhnt. Auch ein Tesla benötigt Strom für seine Batterien und am bequemsten ist es, wenn man den Tesla über Nacht in der Garage auflädt. Damit das schnell und problemlos geht lies ich mir eine Drehstromsteckdose in der Garage montieren.

Notwendige Kabel und Ausrüstung für eine 16A Drehstromsteckdose

An den Drehstromstecker hängt ein Ladekabel von Tesla, das direkt an das Auto angesteckt wird. Netterweise erkennt das Auto den Stecker, öffnet die "Tankklappe" und man steckt ein. Danach fliest der Strom, was über einige LEDs angezeigt wird. Mit der einfachen 16A Drehstromsteckdose kann man mit 11kW laden. Das reicht mühelos aus um das Auto über Nacht "vollzutanken".

Der wirklich angenehme Vorteil ist, man hat am Morgen, wenn man in das Auto einsteigt, eine volle Batterie mit bis zu 500 km Reichweite. Daher muss ich praktisch nie extern Aufladen, da ich sehr selten weiter an einem Tag fahre. Der Strompreis beträgt bei meinem E-Werk 25ct/kWh, damit entstehen Stromkosten von  weniger als 5€/100km, wenn ich zuhause tanke. Beim Aufladen am Supercharger entstehen keine Kosten, ich habe das bisher zweimal ausprobiert, da, wie gesagt, kein echter Bedarf bestand. Lustig ist die Ladeanzeige, die angibt, wie viel Kilometer man pro Stunde tankt, bei mir erschien 530km/h.

Der fahrende Laptop

Dass das Auto aus dem Land der Computer stammt, bemerkt man sofort beim Einsteigen, ein 17 Zoll Monitor rechts vom Fahrer dominiert die ansonsten fast völlig leere Mittelsäule. Der Rechner verbindet sich problemlos mit meinem Android GalaxyNoteEdge Smartphone (Im Gegensatz zu meinem vorherigen Auto). Das hat etwa den praktischen Effekt, dass alle Telefondaten sofort verfügbar sind, aber auch, dass am Morgen auf dem großen Display vor der Abfahrt alle Termine erscheinen, die ich in meinem Google Terminkalender für diesem Tag eingetragen habe.

Tesla App, damit kann man viele Funktionen des Autos steuern.

Die Verbindung mit dem Smartphone geht so weit, dass man bereits am Frühstückstisch per App die Wunsch-Temperatur beim Einsteigen wählen kann. Es dürfte das erste Auto sein, das auch eine remote Vorkühlung des Innenraums ermöglicht.

Erstaunlicherweise kann man per App das Auto sogar hupen lassen, auf großen Parkplätzen vielleicht eine gute Idee. Nebenbei findet man das Auto sehr leicht, da die Koordinaten, bis hin zur Standrichtung des Autos, online verfügbar sind. Ein Auto, das eben vollständig vernetzt ist. Keine bequeme Beute für Autodiebe, nebenbei bemerkt.

Im Auto bietet das Display die Google Maps als Basis der Navigationssoftware. Bei der Routenberechnung werden alle Supercharger inklusive Ladezeiten berücksichtigt. Selbstverständlich bekommt man in Echtzeit die Straßenlage eingeblendet und nicht die veralteten Informationen vom Autoradio oder TMC. Weitere Informationen wie Stromverbrauch, Reichweite, rückwärtsgerichtete Kamera, Browser, sind je nach Situation für mich sehr nützlich.

Der Autopilot

Nachdem ich das Auto erhalten hatte, dauerte es gerade einmal zwei Tage, bis über Internet ein Update auf die Version 7.0 der Fahrzeugsoftware eingespielt wurde. Die sensationelle Eigenschaft ist der Autopilot. Das Auto kann dank Radar, Kamera und Ultraschallsensoren selbstständig die Spur halten und die Geschwindigkeit anpassen.

Ich benutze den Autopilot sehr gerne auf der Autobahn, dann muss man nicht ständig mit voller Konzentration am Lenkrad kleben. Da der Autopilot sich an ein voranfahrendes Fahrzeug "Anhängt", bleibt man immer auf der gewünschten sicheren Distanz zu diesem Fahrzeug. Dabei kann man sogar wählen, ob man eher etwas näher auffährt oder ob man einen größeren Abstand bevorzugt. 

Das Spurhalten gelingt bei normaler Fahrbahnmarkierung perfekt, im Stau wird das vorausfahrende Fahrzeug als Orientierung genommen, da manchmal dann keine Spurstreifen zu sehen sind. Was der Computer dabei macht, wird gut über das Display vor dem Lenkrad angezeigt.

In Baustellen erkennt der Autopilot die gelben Streifen und fährt gut ein und aus, allerdings halte ich mich gerade in solchen Situationen schon sehr lenkbereit. Sobald man etwas fester das Lenkrad dreht, ist man wieder Herr über das Lenken. 

Auf Bundes und Landstraßen wird zwar auch häufig der Spurassistent vom Auto angeboten, aber gerade bei kurvigen Strecken wähle ich noch gerne meine eigene Fahrweise.

Hier lautet ganz klar das Fazit, bei langen Strecken ist es für mich eine erhebliche Entlastung, wenn ich nicht selbst auf jedes Bremslicht auf der Autobahn reagieren muss. Ich fühle mich hier sicher gefahren und bin sogar gerne bereit etwas langsamer zu fahren, etwa hinter einem Lieferwagen, und nutze die Zeit um etwa online TED Vorträge anzuhören. Ja, neben den vielen Radio und Internetkanälen kann man direkt TED Vorträge, ohne Bild, online anhören.

Das Rennauto

Der Tesla S 85D ist aber nicht nur ein vollelektronisches Batterieauto, er hat das Fahrverhalten eines Sportwagens. Ich hatte bisher wenig Kontakt zu Sportwagen, daher bin ich immer noch fasziniert, wenn ich auf das Strompedal drücke und in vier Sekunden hundert Stundenkilometer erreicht habe. Völlig ohne Lärm und schalten. Ich werde wirklich in die Sitze gedrückt und es kitzelt wie auf der Achterbahn, nicht alle Beifahrer finden das gut, dann fahre ich eben gemütlich.

In Kurven spielt der extrem niedrige Schwerpunkt eine wichtige Rolle, die Batterien, die etwa 600 kg wiegen, sind unter den Sitzen. Man sitzt daher etwa 7 cm höher als bei einem vergleichbarem Auto, wo die Füße direkt auf dem Bodenblech liegen. Da die Batterien etwas Wärme entwickeln ist es am Boden nicht kalt. 

Kindersitze im Kofferraum. Beliebt und sehr sicher.

Das Familienauto

Ein nettes Element der Sonderausstattung sind die Kindersitze im Kofferraum. Die beiden Kindersitze sind gegen die Fahrtrichtung gestellt und meine beiden Söhne lieben die Hosenträgergurte. Ein Vorteil ist, es kann auch ein befreundetes Paar mitfahren und zum anderen stört der Lärm der Kinder nicht, da sie spürbar weiter vom Ohr des Fahrers weg sitzen.

Es gibt auch unter der vorderen Haube einen kleinen Kofferraum. Dieser ist allerdings beim Allrad (D steht nicht für Diesel sondern für DualDrive!) sehr klein, da etwas Platz für den vorderen Elektromotor benötigt wurde. Da es wohl eine Vorschrift für das Schließen von Motorhauben gibt, ist dies etwas unbequem, man muss, wie von Motorhauben gewohnt, fest andrücken.

Das Zukunftsauto

Die Bedeutung des Tesla Elektroautos liegt in der erstmaligen vollständigen Umsetzung der Idee eines batteriegetriebenen Autos. Bisher ist bei allen vollwertigen Autos der Energiespeicher in Form eines Behälters für Brennstoffen, ob Benzin, Diesel, Ethanol, Methan, Wasserstoff, in Ausnahmen sogar Holz, realisiert. Die erfolgreiche Entwicklung der Lithium Ionenbatterie, zunächst für Videokameras und dann für Mobilgeräte aller Art, hat es ermöglicht, das Speicher- und Antriebskonzept völlig zu verändern. 

Elektroautos können nicht nur Energie beim Bremsen rückgewinnen, sie könnten, am Stromnetz hängend auch einen wesentlichen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen. Man bedenke, bereits 2000 Tesla haben die Leistung eines Kernkraftwerks und mit 170 MWh die Speicherkapazität eines kleinen Pumpspeicherkraftwerks. 

Der Bau eines Elektrofahrzeugs kann sehr preiswert erfolgen, Karosserie, Fahrgestell, Elektronik, Elektromotor und Batterie. Nur die Batterie ist noch sehr teuer, aber das kann sich bald ändern. Noch kostet der Tesla in der von mir gewählten Version 97000€, in Zukunft sicher weniger. Ich werde über die Entwicklungen und meine Erfahrungen weiter berichten.

Hier geht es zum Teil 2: Tesla auf großer Fahrt

Mehr zum Auto bei Tesla

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Mehr zum Thema auch im visionärem Vortrag von Lars Thomsen.

Elektromobilität: Revolution der Automobilindustrie von Lars Thomsen

Energy Storage North America

Konferenz und Ausstellung ESNA

Vom 13.-15. Oktober 2015 fand die ESNA in San Diego CA statt, die sich selbst als "The Largest Grid Energy Storage Event in North America" bezeichnet. Mit 2500 Teilnehmern aus 42 Ländern war sie auch fast zehnmal so groß als vor zwei Jahren, als ich sie in San Jose besucht habe.

Diesmal hatte die Heindl Energy einen eigenen Messestand, weshalb ich nicht ganz so viel Zeit für die Vorträge hatte. Meine Eindrücke von der Konferenz und der Messe gibt es hier im Blogbeitrag.

Energiespeicher sind das nächste große Wachstumsthema

Nach dem rapidem Wachstum von Windenergie und Photovoltaik (PV) wird von vielen gesehen, dass der Speichermarkt ein ähnliches exponentielles Wachstum haben wird wie die Konverter für Sonnen- und Windenergie.

Wachstum der Speicher

In der Keynote von Pratima Rangarajan, GE, sah man die obige Folie, die zeigt, dass mit dem Sinken der Kosten der verschiedenen Technologien die weltweiten Marktanteile von Wind, Solar PV und Energiespeichern exponentiell zunehmen. Dabei befinden sich die Speicher heute dort, wo die PV vor zehn Jahren lag. Der aktuelle Preis für Energiespeicher, hier sind Batterien gemeint, wird mit 600$/kWh angegeben. Laut der Grafik sollte der Preis bis 2020 auf 350$/kWh sinken. Mit BESS (Battery Energy Storage System) ist die vollständige Installation des Energiespeichers und nicht nur die Zelle gemeint. 

Energiespeicher rechnen sich bei mehrfachen Erlösquellen

Energiespeicher können sehr unterschiedliche Aufgaben im Stromnetz übernehmen. Garrett Fitzgerald vom Rocky Mountain Institut (RMI) betonte, dass erst die Erlöse aus verschiedenen Services, wie Arbitrage, Netzstabilisierung, Versorgungssicherheit und andere, Batterien wirtschaftlich werden lassen. Allerdings gibt es nur wenige Märkte, wo all diese Dienstleistungen bezahlt werden. Zumeist wir nur ein Aspekt genutzt und damit nur selten eine Wirtschaftlichkeit erreicht. 

Häufige Irrtümer bei Energiespeichern

In der Folie von STRATEGEN Consulting werden häufige Irrtümer über den Wert von Energiespeichern gut zusammengefasst. Energiespeicher sind nicht nur Batterien, man bedenke, dass im Stromnetz 99% aller Energiespeicher Pumpspeicher sind und neue Technologien wie der Lageenergiespeicher, Hydraulic Rock Storage, den Markt erheblich verändern können. 

Blackouts sind teuer

Shana Patadia betrachtete in ihrem sehr interessanten Beitrag die Kosten von "outages", bei uns als Blackout bezeichnete Ereignisse. Im Jahr 2013 wurden die Kosten in der USA auf über 100 Mrd. $ von ihr geschätzt. Das sind immerhin 30% der gesamten Stromkosten des Landes. Insbesondere in einzelnen Unternehmen kann ein Stromausfall zu massiven Problemen in der Produktion sorgen. Allerdings sind Produktionsausfälle nicht versicherbar und damit bleiben die tatsächlichen Schäden weitgehend verborgen, da sie selten in einer Statistik auftauchen. Das Problem ist, wie schafft man ein Bewusstsein für das Problem der Stromausfälle wenn es sich um seltene aber teure Ereignisse handelt?

Ein neuer Zink-Akku

Zink eignet sich sehr gut für die Herstellung von Batterien, das ist seit langem bekannt. Insbesondere ist Zink das viert-häufigste Metall hinter Eisen, Aluminium und Kupfer und mit dem theoretischen Wert von 1,7$/kWh sehr preisgünstig. Allerdings ist es bisher nicht gelungen einen Zinkakkumulator herzustellen. Das ist jetzt Gregory X. Zhang gelungen, der interessanterweise die Schwerkraft im Akkuaufbau mitbenutzt. Das Zink, das sich an der Kathode ablagert, fällt, unterstützt von einer art Scheibenwischer, herab und wird als Pulver gespeichert.

Die neue Zinkbatterie von e-Zn (Quelle: e-Zn)

Durch diese Anordnung gelingt es, zusätzliche Speicherkapazität einfach durch die Verwendung von mehr Zink zu erreichen. Der Preis für eine kWh liegt unter Berücksichtigung der Behälter und des KOH bei unglaublich niedrigen 25$/kWh. Allerdings gibt es zwei Probleme, aktuell liegt der Wirkungsgrad der Anordnung im Labor bei 50%, was für einen Akku wenig ist, dieser Wirkungsgrad könnte aber theoretisch bis auf 65% gesteigert werden, was immer noch eher wenig ist. Weiterhin sind die Elektroden aufwendig und damit sind die Leistungskosten hoch, etwa bei 1500$/kW. Die Anordnung ist zudem nur für stationäre Speicher geeignet, keinesfalls für Automobile, da sie sehr sorgfältig aufrecht stehen muss. 

The Hydraulic Rock Storage

Unser Messestand auf der der ESNA hatte sehr viele Besucher, unter anderem war Johannes Remmel (Minister für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes NRW) am Stand und lies sich den Lageenergiespeicher erklären.  

Messestand der Heindl Energy

Das neue Speichersystem hat in Kalifornien sehr viel Interesse gefunden und war Gesprächsthema auf der ESNA wie mir mehrere Besucher mitgeteilt haben.

Weitere Konferenzberichte: Konferenzberichte auf dem Blog.