Unkonventionelle Pumpspeicher

Konferenzbericht von der Tagung Unkonventionelle Pumpspeicher

Das Energie-Forschungszentrum Niedersachsens (efzn) hat vom 21.-22. November 2013 in das Hotel "Der Achtermann" zur ersten Tagung "Unkonventionelle Pumpspeicherkraftwerke" eingeladen und über 140 interessierte Teilnehmer aus Wirtschaft und Wissenschaft sind gekommen.

Einführende Betrachtungen

Wie gewohnt durften zuerst Politiker das Wort ergreifen, wobei einige abgesagt hatten, in Berlin liefen ja gerade die Koalitionsverhandlungen.

"Die Bedeutung von Speichern für die Industrie" betonte Johannes Sommer (Rockwood Lithium), dabei ging es entgegen der Erwartung einiger, nicht um Lithium Batterien, sondern um das Problem eines Stromausfalls in der chemischen Industrie. Man ist dort immer auf einen Stromausfall vorbereitet und muss alle Anlagen in einen sicheren Zustand fahren können! (Etwas was bei Kernkraftwerken bekanntlich nicht immer gelingt, Anm. Autor). Die Kosten eines Stromausfalls sind erheblich, da manche Prozesse einen langwierigen Prozess des Wiederanfahrens benötigen. Leider hat der Referent auch auf Rückfrage keine konkreten Zahlen genannt. Mir sind aus anderen Quellen Abschätzungen von 4$ für jede ausgefallene kWh Strom bekannt.

Wettbewerb der Technologien

Den Reigen der Technologien eröffnete der Vortrag "Gegenüberstellung Unkonventionelle Pumpspeicherwerke" von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Busch (TUC).

Prof. Wolfgang Busch vergleicht die neuen Pumpspeichertechniken

In der Gegenüberstellung ging Busch nicht nur auf die prinzipielle Machbarkeit ein, sondern suchte auch typische "ko"-Kriterien, wie Umweltauflagen oder Kosten. Zumindest gab er allen Technologien eine Chance auf eine Verwirklichung.

Danach wurden in den eingeladenen Vorträgen die verschiedenen Konzepte präsentiert:

"Pumpspeicherkonzepte in den Anlagen des Steinkohlebergbaus im Ruhrgebiet"

Prof. Dr.-Ing. André Niemann (Uni Duisburg-Essen). Hier scheint die Stabilität der alten Schächte, das Gefälle in den Schächten und das Abdichten der Wände gegen Wasser ein ernsthaftes Problem zu sein. Sehr interessant war ein Kommentar, in dem darauf hingewiesen wurde, dass die Pumpen, die bereits heute das Bergwasser abpumpen, in Zukunft einfach dann angeschalten werden, wenn überschüssiger Strom im Netz ist. Damit können etwa 100MW Strom sinnvoll entnommen werden. Eine Wasserschwankung von wenigen Metern ist in alten Zechen kein Problem.

"Untertage Pump Speicher groß-skalige Stromspeicher in Salzkavernen"

Dr. Wolfgang Littmann (Nasser Berg Energie GmbH). Salzkavernen können in Norddeutschland sehr billig durch Auslaugen hergestellt werden. Da die Kavernen unterirdisch sind, stören sie niemanden. Hat man zwei Kavernen mit unterschiedlicher Höhe, kann man ein Pumpspeicherwerk bauen. Das Problem ist das hochkonzentrierte Salzwasser, das alle technischen Systeme, Leitungen, Turbinen, angreift. Man kann aber den Pegel auch mit Pressluft (oder Stickstoff) verändern. Sehr bemerkenswerte Idee, allerdings sind die nötigen Drücke und Druckunterschiede nicht mit bekannten Turbinen effizient herzustellen.

Power Tower und Buoyant Energy

Prof. Dr.-Ing. Markus Aufleger (Uni Innsbruck). In Innsbruck wurde schon ein kleiner "Lageenergiespeicher" mit immerhin 11 Tonnen Gewicht an der Universität gebaut. Die Technik läuft nach einigen anfänglichen Schwierigkeiten problemlos, was mich natürlich sehr gefreut hat.

Wasserpumpspeicherwerke auf dem Meeresgrund- das Meer-Ei“

Prof. Dr. Horst Schmidt-Böcking (Uni FfM). Die Idee, ein umgekehrtes Pumpspeicherkraftwerk zu bauen, geht mit Hohlräumen am Meeresgrund. Dazu versenkt man eine Betonkugel möglichst tief, pumpt die Kugel mit überschüssigen Strom leer und bei Bedarf lässt man wieder Wasser über eine Turbine einströmen. Im Vortrag wurde gezeigt, dass eine Betonkugel in 10.000m Wassertiefe ungeheuer viel Energie speichern kann. Gewissen technische Probleme in der Tiefe sind allerdings leicht zu erkennen.

Lageenergie-Speicher

Prof. Dr. Eduard Heindl (FH Furthwangen). Den Abschluss des ersten Tags bildete mein Vortrag über den Lageenergiespeicher. Er führte zu einer regen Diskussion und danach ging es zum wohlverdienten Dinner. Vor dem Dinner wurde ich noch vom Deutschlandfunk für die Sendung "Wissen aktuell" interviewt, ich halte das für ein gutes Zeichen.

Am zweiten Konferenztag wurden konventionelle Pumpspeicher vorgestellt.

Einige Vortragfolien sind unter http://www.efzn.de/ukps verfügbar!

Weitere Berichte von Energiespeicher Konferenzen:

http://energiespeicher.blogspot.de/2013/11/konferenzberichte.html

Energiespeicher Konferenzberichte

Übersicht zu den Konferenzberichten

Da ich regelmässig Energiespeicherkonferenzen besuche und über diese berichte, will ich an dieser Stelle ein Inhaltsverzeichnis ins Netz stellen.

Dieser "Blogbeitrag" wird also regelmäßig um Links auf neue Berichte ergänzt.

Liste der Energiespeicherkonferenzen

Pumpspeichertagungen, 2017, Essen und Salzburg, 2017

SES2017 Student Energy Summit, Merida, Mexiko, 13.-16. Juni 2017 

10. Energy Storage World Forum, Berlin 10.-11. Mai 2017

23. World Energy Council, Istanbul 10-13. Oktober 2016

Energiespeicher für das neue Strommarktdesign, Berlin 30.6.-1.7. 2015

5. VDI-Fachkonferenz Energiespeicher für die Energiewende

Energy Storage World Forum, London 27.-30. April 2015

Energy Storage World Forum, London, 1.-4. April 2014

The World of Energy Storage, Düsseldorf, 25.-27. März 2014

Unkonventionelle Pumpspeicher, Goslar, 21.-22. November 2013 

IRES Speichertagung, Berlin 2013

Energy Storage World Forum, Berlin 2013

SZ Speichertagung, Düsseldorf 2013

Energy Storage, Düsseldorf 2013

VDI Speicherkonferenz, Karlsruhe 2012

IRES, Berlin 2011

Eine externe Verlinkung der Liste freut mich.

IRES Speichertagung 2013

Bericht von der Speichertagung

Nach einem Jahr Abstinenz bin ich dieses Jahr wieder auf die IRES (8. Internationale Konferenz und Ausstellung zur Speicherung Erneuerbarer Energien) in Berlin gefahren. Der Titel ist etwas merkwürdig, einerseits ist die Konferenz nicht sonderlich international (ca. 30% internationale Referenten), zum anderen ist es dem Energiespeicher egal, ob die Energie "erneuerbar" oder anders erzeugt wurde. Energie ist immer Energie.

Segelschiffe als Windgeneratoren

Als originellste Idee der Konferenz will ich das Konzept von Prof. Sterner erwähnen, der mit Segelschiffen Energie erzeugen will. Segelschiffe sind vermutlich die älteste Form der mechanischen Energiegewinnung der Menschheit. Diese Form wurde durch Dampf- und Dieselschiffe abgelöst. 

Läst man aber ein Segelschiff optimal im Wind segeln, genaugenommen ein Schiff mit Flettnerrotoren, so kann man die Schiffsschraube zur Energiegewinnung nutzen! Diese Energie kann man dann in Wasserstoff und Methan umwandeln und wenn das Schiff wieder in den Hafen kommt, entlädt es den Treibstoff.

Ob das wirtschaftlich funktioniert weis ich nicht, aber das Schiff kann zumindest immer dort segeln, wo maximal Wind weht und stört niemanden an Land. Homepage Segelenergie

Eröffnung mit Politikerreden

Die Eröffnungsreden sind manchmal schwer erträglich, Johannes Remmel "Minister für Klimaschutz" in NRW findet die Konferenz natürlich gut, aber man muss wissen, dass kein Bundesland mehr CO2 pro Einwohner ausstößt als NRW und dass Frau "Kohle"-Kraft in den Koalitionsverhandlungen gerade die Umstellung auf erneuerbare Energien massiv blockiert.

Eicke Weber, der Leiter des ISE und des Bundesverbands für Energiespeicher, hat für die Idee, Solarstrom für den Eigenverbrauch zu besteuern einen sehr netten Vergleich: Wer zukünftig seine eigenen Tomaten im Garten produziert, muss diese (analog) versteuern, da er damit den großen Tomatenerzeugern schadet.

Simulation der Stromwelt

Da keiner weis, wie die Energiewelt in Zukunft aussieht, haben einige mit Computersimulationen versucht, eine Welt der Solar- und Windenergie abzubilden. Bei der Simulation von Christian Doetsch vom Fraunhofer Institut UMSICHT, wurde Deutschland in 7000 "Schnipsel" zerlegt und dann versucht ein optimales Energiesystem im Jahreslauf zu bekommen. Eine ähnliche Simulation wurde von Martin Greiner, Aarhus University Denmark, für Europa vorgestellt. Bemerkenswert ist, dass bei günstiger Nutzung der Leitungsnetze und der Speicher fast die gesamte Energie wirtschaftlich genutzt werden kann.
Allerdings sollte man immer bedenken, dass weder die Energie-Welt wie im Computer funktioniert, da Politiker gerne "eingreifen" zudem viele Altlasten vorhanden sind.

Chairman Sterner blickt auf den weltweiten Speicherbedarf.

Noch beeindruckender war die weltweite Analyse von Guido Pleßmann, Reiner Lemoine Institut, Berlin.
Auf der Weltkarte konnte man sehen, wo zukünftig viele Speicher benötigt werden wo Solar und Wind optimal für die Versorgung eingesetzt wird, siehe Bild. Im Prinzip gibt es für jede Region ein optimales Speicherkonzept, allerdings wurde der Lageenergiespeicher noch nicht berücksichtigt.

Paneldiskussion

Am zweiten Tag gab es eine Podiumsdiskussion mit drei Frauen und drei Männern, nebenbei bemerkt, nicht repräsentativ für die Teilnehmer (>90% Männer).

Panel: Uwe Leprich, Ingo Stadler, Dirk-Uwe Sauer, Claudia Kemfert, Rana Adib, Hanne May

Warum machen wir eine Energiewende? Weil letztendlich das CO2 Problem immer drängender wird wie aus dem Publikum Herr Harrison unter großem Beifall bemerkte. Auf dem Podium schien man das fast vergessen zu haben, wenn man über Klein Klein bei der Batteriespeicher"Subvention" diskutierte.

Sehr gut hat mir der Beitrag von Professor Dirk-Uwe Sauer von der RWTH Aachen gefallen, der darauf hingewiesen hat, dass der Markt viele Probleme lösen kann, wenn klare Vorgaben zur CO2 Reduktion kommen. Weiterhin fand ich seine Bemerkung, jeder Speicher sollte die später benötigte Endenergie speichern, gut, Batteriespeicher - Strom, Wärmespeicher - Wärme, Methan - Treibstoff. Wobei ich hinzufügen würde, Pump- und Lageenergiespeicher sind billiger bei der Stromspeicherung.

Ausstellung

Neben der Konferenz gab es noch die Ausstellung. Und da war das bewegliche Funktionsmodell des Lageenergiespeicher natürlich der Eycatcher:

Eduard Heindl erfreut sich am Funktionsmodell des Lageenergiespeichers

Weitere Berichte von Energiespeicher Konferenzen:

http://energiespeicher.blogspot.de/2013/11/konferenzberichte.html

Windenergie und Speicherbedarf

Weltweite Analyse der Windenergie

Das weltweite Windangebot reicht weit über den Energiebedarf der Menschheit hinaus. Allerdings findet man die meiste Windenergie nicht nahe am Boden sondern in Höhen ab 500m über Grund. Zukünftige Technologien können diese Energie vermutlich effizient nutzen. Dieser Blogbeitrag betrachtet die verfügbare Windenergie und den dazugehörigen Speicherbedarf. Ich beziehe mich dabei im Wesentlichen auf den Artikel Global Assessment of High-Altitude Wind Power [1]

Wo weht der Wind

Will man viel Wind finden, gibt es weltweit zwei einfache Regeln: 

• weit Oben
• in den mittleren Breiten

Die Windstärke steigt bis etwa fünfhundert Meter über Grund stetig an, bleibt dann etwa konstant und erst oberhalb von 2000m nimmt sie weiter zu und ist dann auch sehr konstant. 

Der Wind hat in günstigen Gebieten eine Energie von 10kW/m², Quelle [1]

In günstigen Gegenden, etwa bei New York an der US-Ostküste, erreicht der Wind im Mittel eine Energie von 10kW/m², das ist außerordentlich viel Energie, wenn man bedenkt, dass die mittlere solare Einstrahlung selbst in der Sahara nicht über 0,25kW/m² liegt.

Energieentnahme mit segelnden Winddrachen

Bisher wurden Windkraftwerke immer größer, weil es nur mit einem hohen Turm möglich ist, einen großen Rotor günstig in den Wind zu stellen. Dieser Ansatz hat aber seine Grenze erreicht, weil der notwendige Stahl, um einen Turm 140m hoch zu bauen und sicher zu halten, überproportional steigt. 

Eine sehr interessante Alternative sind Flugdrachen, die an einem Seil gehalten werden und sich selbst optimal in den Wind stellen.

Flugdrachen der Firma Makani Power, Bildquelle: Makani Power

 Dieser Ansatz hat mehrere wichtige Vorteile:

1. Einfaches Erreichen der Höhe mit optimaler Windgeschwindigkeit
2. Wesentlich weniger optische Beeinträchtigung
3. Wesentlich weniger (1/20) Materialbedarf als bei Windkraft-Türmen
4. Konstanter Wind

Allerdings gibt es auch erhebliche ungelöste Probleme:

1. Gefährdung des Luftverkehrs
2. Absturz auf bewohntes Gebiet
3. Vollautomatischer, zuverlässiger Betrieb
4. Materialfragen für Seil und Stromleitung

Wie so oft am Anfang einer neuen Technologie erscheinen die Probleme gewaltig, aber wer hätte gedacht, dass aus einen kleinen Doppeldecker ein A380 wird, der völlig zuverlässig fast 1000 Menschen bei 800km/h um die halbe Welt in 12.000m Höhe fliegen kann?

Speicherbedarf

Gegenüber den konventionellen Windkraftwerken benötigt man bei segelnden Windkraftwerken in großer Höhe wesentlich weniger Speicher um eine sehr zuverlässig Energieversorgung zu erreichen. In der Studie wurde dies für mehrere große Städte, wie New York durchgerechnet. Es zeigt sich, dass für einer 99,9% Verfügbarkeit des Windstroms und Stromleitungen mit 200km Länge, eine Speicherkapazität von 0,1kWh pro Quadratmeter Segelfläche nötig ist, wenn man mit 0,1kW/m² Windkraftwerksleistung arbeitet. Siehe Abbildung.

Speicherbedarf bei vollständiger Versorgung mit Windenergie. Längere Leitungen reduzieren wie üblich, den Speicherbedarf. Quelle [1]

Mit anderen Worten, um eine Stadt mit einem Energieverbrauch von 1GW mit Wind zuverlässig zu versorgen, benötigt man 10 Quadratkilometer Segelfläche und 1GWh Stromspeicher (Kleiner Pumpspeicher). Will man die Segelfläche auf einen Quadratkilometer reduzieren, vergrößert sich der Speicherbedarf auf 1.000GWh, mehr Speicherkapazität als alle Pumpspeicher weltweit haben.

Eine ähnliche Abhängigkeit hat man auch bei konventionellen Windkraftwerken.

Klimafolgen

Würde man tatsächlich die weltweite Energieversorgung auf hochfliegende Winddrachen umstellen, benötigt man dafür, bei optimaler Lage, eine Drachenfläche von 500km², eine überschaubare Fläche. Unvergleichlich weniger als eine Vollversorgung mit Solarenergie.

Der klimatische Effekt besteht darin, dass sich der Wind etwas reduziert, was die Ausgleichsströmungen zwischen Tropen und Polarregion abschwächt. Letztendlich würde es um ein Grad (-1°K) kälter!

Jede Form der Energieerzeugung hat eben Nebenwirkungen, in diesem Fall würde die Nebenwirkung günstig der Klimaerwärmung entgegenwirken.

Fazit:

Hochfliegende Windkraftwerke haben ein sehr großes Potential, dass allerdings mit heutiger Technik schwer zu erschließen ist. Aber die Aufgabe ist nicht annähernd so schwer, wie eine kontrollierte Kernfusion. Daher sollte man in diesem Bereich auch in Deutschland mehr forschen. 

Ähnliche Themen:

• Stromleitungen als Energiespeicher
• Wie oft braucht man Energiespeicher

Quellen:

[1] Cristina L. Archer und Ken Caldeira, Global Assessment of High-Altitude Wind Power, doi:10.3390/en20200307

Aluminium als Benzin der Zukunft

Aluminium als Treibstoff

Auf den ersten Blick klingt die Idee etwas verrückt, Aluminium, das wir aus dem Bau von leichten Autos kennen, als Treibstoff zu verwenden. Aber das Verfahren, das die Israelische Firma Alchemie Research entwickelt hat, bedarf einer genaueren Betrachtung.

Vergleich der Energiedichte verschiedener Materialien(Quelle: KFA Jülich)

Aluminium benötigt viel Strom

Bei der Herstellung von Aluminium wird sehr viel Strom benötigt. Derart viel Strom, dass dereinst das größte Wasserkraftwerke in Deutschland, das Innwerk in Töging, nur für die Aluminiumherstellung gebaut wurde.

Wenn aber die Herstellung von einem Kilogramm Aluminium 13kWh benötigt, dann sollte es auch möglich sein, diese Energie wieder zurückzugewinnen. Und genau das ist die Idee des neuartigen Energiespeichers Aluminium.

Leider geht das nicht ganz einfach, da Aluminium sich sofort mit einer Oxydschicht überzieht und damit für weitere Reaktionen nicht verfügbar ist. Der Vorteil, Alunminium "rostet" nicht, ist hier genau der Nachteil. 

Der Aluminiumreaktor

Die Lösung für das Problem ist ein kleiner Reaktor, bei dem Aluminiumkügelchen zusammen mit Wasser auf 900°C erhitzt werden. Dabei spaltet sich Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf, der Sauerstoff reagiert mit den Aluminiumkügelchen und oxidiert sie vollständig. Der Wasserstoff kommt in eine Brennstoffzelle, zusammen mit Sauerstoff aus der Luft kann damit bekanntlich Strom produziert werden.

Genaugenommen ist das Aluminium nur ein guter Trick, den Wasserstoff für die Brennstoffzelle bereitzustellen.

An der Aluminiumtankstelle

Möglicherweise fahren wir also zukünftig alle 2400km an die Aluminiumtankstelle, der 60 Liter Tank wird mit Aluminiumkügelchen gefüllt und das verbrauchte Aluminium, das in Form von Aluminiumoxid vorliegt, wird für das Recycling abgesaugt. 

Manchmal muss man noch etwas Wasser nachfüllen, wenn etwas Wasser aus der Brennstoffzelle entwichen ist, aber daran haben wir uns ja an der Tankstelle gewöhnt.

Beim aktuellen Aluminiumpreis würde eine solche Tankladung, 60kg Aluminium, 80€ ohne Steuern, kosten.

Sehr Umweltverträglich

Aluminium ist neben Sauerstoff und Silizium das dritt-häufigste Element der Erdkruste und damit weder Knapp noch besonders gefährlich. Im Tank, als Aluminiumkügelchen ist es völlig harmlos, selbst bei einem Autounfall gibt es keinerlei Probleme. Kein Vergleich mit einem auslaufenden Benzintank oder gar einem Wasserstoffdrucktank.

Aluminiumoxid ist derart Lebensmittelverträglich, dass wir sogar unser Pausenbrot in Alufolie einwickeln. 

Probleme

Leider gilt auch in diesem Fall, jede Technik hat auch Nachteile. Obwohl ich die Details der Technik aus Gründen der Vertraulichkeit nicht kenne, einige Überlegungen.

Herstellung von Aluminium: Der Energieaufwand bei der Herstellung von Aluminium ist, wie bereits angedeutet, hoch. Allerdings kann der notwendige Strom aus Wind- und Solarenergie gewonnen werden, am besten dort, wo diese natürlichen Ressourcen reichlich vorhanden sind. Da Aluminium mit 13kWh/kg eine höhere Energiedichte als Öl hat, sollte auch der Transport kein Problem sein.

Bei der Herstellung entsteht durch die Graphitelektrode etwas CO2, das sollte aber im Vergleich zu anderen Treibstoffen nicht überschätzt werden.

Technik im Auto: Für eine Auto mit "Aluminiumtreibstoff" benötigt man neben dem Tank zusätzliche einen Reaktor, der bei 900°C den Wasserstoff erzeugt. Weiterhin eine Brennstoffzelle und natürlich Elektromotoren. Möglicherweise ist dieser Aufwand zuerst bei großen Autos oder sogar LKW-Antrieben einfacher zu realisieren als im Kleinwagen. Dort könnte die Li-Batterie sinnvoller sein.

Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad des Aluminiumkonzepts ist leider schlecht. Aus den 13kWh/kg Aluminium, die bei der Produktion eingesetzt werden gehen nur 8,6kWh in das Aluminium. Bei der Umwandlung zu Wasserstoff und Sauerstoff im Reaktor gehen nochmals 25% verloren. In der Brennstoffzelle muss mit einem ähnlichen Verlust gerechnet werden. Verbleiben etwa 37% Wirkungsgrad.  

Nicht perfekt, aber im Vergleich zu vielen anderen Systemen vertretbar.

Fazit

Aluminium als mobiler Energiespeicher könnte eine große Zukunft haben, da die physikalischen Randbedingungen stimmen. Mit etwas Optimierung bestehen jedenfalls gute Aussichten, einen Energiespeicher für Schiffe, LKWs und große Autos zu haben, der eine sehr große Reichweite ermöglicht.

Ich wundere mich, warum man bei uns, soweit ich weis, kaum Forschung in diesem Bereich betreibt!

Anmerkung: Inzwischen gibt es zumindest in der Schweiz dazu (Aluminium als Energiespeicher) ein Forschungsprojekt: https://www.hsr.ch/fileadmin/user_upload/medienmitteilung_archiv/Medienmitteilung_HSR_Energiespeicher_Aluminium.pdf

zum Weiterlesen:

Aktueller Bericht bei CBCnews (Juni 2014)

• Lithium und Blei, ein Vergleich
• Gewicht von Energiespeichern

US Energiespeicherkonferenz

Energy Storage North America 2013

Vom 10-12 September fand in diesem Jahr die Energy Storage North America  in San Jose, CA, statt. Es ist die Partnermesse der Energy Storage Düsseldorf, zu der ich bereits einen Blogbeitrag beschrieben habe.

Zunehmend Solarenergie

In den USA wächst der Anteil der Erneuerbaren Energien, insbesondere PV in Kalifornien, das führt zur sogenannten "Duck Curve" wie die phantasievolle Bezeichnung für die Stromlast mit Solarenergie genannt wird.

Die "Duck Curve", rechts Carla Peterman, California Public Utilities Commission
Commissioner

Zwischen 17 und 19 Uhr steigt der Strombedarf extrem an, wenn die Sonne untergeht und zugleich alle von der Arbeit Nachhause kommen und die Klimaanlage auf höchste Stufe stellen. Um dieses Problem zu adressieren, sollen bis 2020 in Kalifornien 1300MW Speicherleistung installiert werden. Maximal darf ein Speicher 50MW haben, damit kein Pumpspeicher gebaut wird. Pumpspeicher sind in Kalifornien bei der Bevölkerung offenbar unbeliebt. Andererseits werden dadurch auch neue Technologien wie der Lageenergiespeicher verhindert, die erst ab 50MW sinnvoll sind.
Auf eine Frage aus dem Publikum, ob es nicht sinnvoll wäre, die Speicherkapazität im neuem politischen Programm festzulegen, war die Antwort, "Wir haben Kraftwerke bisher immer in MW gemessen, das soll auch so bleiben!", ich hatte das Gefühl, dass noch nicht angekommen ist, dass Leistung und Energie* verschiedene Dinge sind.
Der Außenstehende frägt sich zudem beim Betrachten der Kurve, ob es nicht viel billiger wäre, wenn in Kalifornien die Haushalte eine Zeitschaltuhr (Oder noch besser eine App für das iPhone) für die Klimaanlage kaufen. Dann wird am Nachmittag die Klimaanlage eingeschaltet und wenn man nachhause kommt ist es kühl und die Solarenergie des Nachmittags ist effizient genutzt, ganz ohne elektrischen Speicher, nur mit dem thermischen Speicher "Wohnung".

Wirtschaftliche Betrachtung

Wesentlich stärker als bei anderen Konferenzen stand in Amerika nicht die Ökologie oder die Technik im Vordergrund sondern die Wirtschaftlichkeit bei der Energieversorgung. In einem Vortrag von James P. Avery, Executive Vice President – Power Supply, San Diego Gas & Electric, wurde auf die Marktverzerrung bei der Bezahlung verschiedener Energieformen hingewiesen.

Subvention der Solarenergie in Kalifornien, präsentiert von James P. Avery,  San Diego Gas & Electric 

In San Diego muss der Versorger 0,37$/kWh an die Kunden für Solarstrom zahlen. Das führt, ähnlich wie beim EEG in Deutschland, zu einer Quersubvention, die von den Versorgern beklagt wird. Dort müssen die Versorger die Zusatzkosten nämlich in den Strompreis direkt einpreisen und es gibt keine Umlage wie im EEG, die der Verbraucher getrennt sehen kann. Daher sind Versorger mit vielen PV Kunden deutlich, gegenüber solchen mit wenig PV Kunden, im Nachteil.

Mehr Diskussion weniger Vorträge

Ein deutlicher Unterschied zu vergleichbaren Konferenzen in Europa war die Diskussionsform. Es gab immer ein Panel, das bequem in Sesseln sass, auch während einzelne Mitglieder ihren ca. zehn-minütigen Vortrag, zumeist im Sitzen, hielt.

Es gab viele Panel Diskussionen auf der Energy Storage North America

Das Publikum war stark eingebunden und stellte viele Fragen an die Experten. Allerdings hatte ich das Gefühl, dass es viel mehr politisch ökonomische Aspekte waren, die interessierten, als ich bei uns gewohnt bin.

Viele Fragen aus dem Publikum an das Panel

Fazit

Die weite Reise in das Silicon Valley nach San Jose war lohnend, ich habe jetzt eine genauere Vorstellung, wie die amerikanische Energiepolitik funktioniert. Es gibt auch dort noch keine genaue Vorstellung, wie viel Speicher notwendig ist, noch welche Technologie auf Dauer sich durchsetzen wird. Ein Gesprächspartner aus dem VC Bereich hat zu mir gesagt: "It is the energy storage poker table". Jeder behauptet, seine Technik sei optimal, aber keiner lässt sich in die Karten schauen, wenn es um die Probleme der jeweiligen Technologie geht.
Weiterhin habe ich gelernt, dass der Gesetzes-Dschungel im Energiebereich in den USA wohl noch viel schlimmer ist als in Deutschland. Dort gibt es 51 Bundesstaaten und jeder Staat hat eine eigene Gesetzgebung, aber selbst Provinzen und Landkreise können dazu entgegengesetzte Regelungen haben.
Dadurch, dass die USA fast alle Kohlekraftwerke abgeschaltet hat und 41% des Stroms aus flexiblen und relativ sauberen Erdgaskraftwerken kommt, ist die Integration von Wind und Solarenergie wesentlich einfacher als in Deutschland.
Es bleibt anzumerken: Die USA hat in den letzten Jahren die CO2 Emissionen reduziert, Deutschland hat sie gesteigert! 

Weitere Berichte von Energiespeicher Konferenzen:

http://energiespeicher.blogspot.de/2013/11/konferenzberichte.html

Anmerkung:

* Leistung und Energie sind verschiedene Dinge, weil Leistung einen momentanen Wert für die Abgabe von Energie beschreibt. Die Leistung wird in Watt gemessen. Ein elektrisches Gerät hat immer eine Anschlussleistung, die angibt, wie viel Strom verbraucht wird, wenn es läuft. Bei Autos wir die Leistung oft in PS (statt kW) gemessen und jeder hat dafür ein gewisses "Gefühl".
Energie beschreibt wie viel Arbeit verrichtet werden kann, Energie wird in Joule oder kWh gemessen, also über eine gewisse Zeit. Im Auto hat die Tankfüllung eine gewisse Energiemenge, die viele Menschen in Form von "Liter Benzin" gut kennen. Mehr unter Energieeinheiten.

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 in 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-Kobaltdioxid 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 Elektrolyten. 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 dem Lithium-Akku 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 das 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 in 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:

• Gewicht von Energiespeichern
• Batteriespeicher, Preisgrenze

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