Prof. Dr. Maximilian Fichtner im Energiegespräch

 

Zusammenfassung des Gesprächs Prof. Dr. Maximilian Fichtner

Das vollständige Energiegespräch mit Prof. Dr. Maximilian Fichtner auf YouTube.

Einleitung und Hintergrund von Prof. Dr. Maximilian Fichtner 

Prof. Dr. Maximilian Fichtner, ein führender Batterieforscher, wurde 1961 in Heidelberg geboren und ist seit 2013 Professor für Festkörperchemie an der Universität Ulm. Er ist wissenschaftlicher Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm für elektrochemische Energiespeicherung und Leiter des Exzellenzclusters "Post-Lithium-Speicher" (POLiS). Fichtner hat eine lange wissenschaftliche Karriere hinter sich, die ihn von der Radiochemie über die Wasserstoffforschung bis hin zur Batterieforschung geführt hat. Er betont, dass die Batterieforschung in Deutschland in den 2000er Jahren einen starken Aufschwung erlebte, nachdem die Elektrochemie in den 1990er Jahren eher vernachlässigt wurde.

Probleme mit Wasserstoff als Energieträger 

Fichtner erklärt, dass Wasserstoff als Energieträger zwar vielversprechend ist, aber erhebliche Herausforderungen mit sich bringt. Die Speicherung von Wasserstoff ist aufgrund seiner geringen Dichte schwierig, und die Herstellung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse ist derzeit noch zu teuer. Zudem wird der Großteil des Wasserstoffs heute aus Erdgas gewonnen, was CO₂-Emissionen verursacht. Fichtner betont, dass Wasserstoff in bestimmten Bereichen wie der Ammoniak- oder Methanolherstellung unverzichtbar ist, aber für Anwendungen wie die Raumheizung oder den Verkehr nicht wettbewerbsfähig ist.

Entwicklung und Zukunft der Batterietechnologie 

Fichtner geht ausführlich auf die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterien ein, die seit den 1990er Jahren eine enorme Steigerung der Speicherkapazität und eine drastische Senkung der Preise erfahren haben. Er erwähnt, dass neue Batterietypen wie Natrium-Ionen-Batterien und Eisen-Luft-Batterien in der Entwicklung sind, die potenziell kostengünstiger und nachhaltiger sein könnten. Fichtner betont, dass die Verpackung und das Design der Batterien genauso wichtig sind wie die chemischen Materialien selbst, um die Energiedichte zu erhöhen.

Herausforderungen in der Batterieproduktion und Forschung 

Ein großes Problem in der Batterieproduktion ist der hohe Energieverbrauch bei der Trocknung der Elektroden. Fichtner erwähnt, dass neue Technologien wie KI-gestützte Prozesse die Produktionseffizienz verbessern können. Er kritisiert jedoch die mangelnde Geduld der deutschen Industrie bei der Entwicklung neuer Technologien. Im Gegensatz zu China, das trotz anfänglicher Schwierigkeiten langfristig in die Batterieproduktion investierte, habe Deutschland oft zu früh aufgegeben.

Zukunft der Energieversorgung und Speicherung

Fichtner diskutiert die Rolle von Batteriespeichern in der zukünftigen Energieversorgung. Er betont, dass große Batteriespeicher, wie sie in den USA und China gebaut werden, eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung der Stromnetze spielen können. In Deutschland sieht er Potenzial für den Ausbau von Batteriespeichern, um Gaskraftwerke zu ersetzen und die Strompreise zu senken. Er ist jedoch skeptisch gegenüber der Kernenergie, da die Kosten für den Bau neuer Kernkraftwerke in Europa explodiert sind und die Uranressourcen begrenzt sind.

Fazit

Prof. Dr. Maximilian Fichtner betont die Notwendigkeit, langfristig in die Entwicklung neuer Energiespeichertechnologien zu investieren. Er kritisiert die kurzfristige Denkweise in Deutschland und plädiert für mehr Geduld und Durchhaltevermögen, um in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Batterieforschung und -produktion sieht er als Schlüsseltechnologie für die Energiewende, während er Wasserstoff und Kernenergie eher kritisch betrachtet.

Die vollständige Liste aller Energiegespräche finden Sie hier: https://energiespeicher.blogspot.com/p/energiegesprache-mit-eduard-heindl.html

Prof. Dr. André Thess Energiegespräch

 

 Energiegespräch mit Prof. Dr. André Thess

Das Gespräch bietet einen umfassenden Einblick in thermodynamische Prinzipien, die Entwicklung von Energiespeichertechnologien und die politischen Rahmenbedingungen. Thess betont, dass technologische Fortschritte und wirtschaftliche Effizienz Hand in Hand gehen müssen, wobei der Fokus auf Kosten und nicht allein auf Wirkungsgraden liegen sollte. Gleichzeitig warnt er vor den Folgen übermäßiger staatlicher Eingriffe und plädiert für mehr Freiheit in der Energiepolitik und Wirtschaft.

Das vollständige Gespräch mit Prof. Dr. André Thess auf YouTube.

1. Einführung in die Energiespeicherung: Carnot-Batterie und thermodynamische Grundlagen

Prof. Dr. André Thess beschreibt die Carnot-Batterie, ein System zur Speicherung von Energie, das elektrische Energie in Wärme umwandelt, diese speichert und später wieder zurück in Strom transformiert. Die Effizienz dieser Batterie basiert auf thermodynamischen Prinzipien, insbesondere dem Carnot-Wirkungsgrad, der von den Temperaturen der Wärmequelle und der Wärmesenke abhängt. Ein Durchbruch war die Erkenntnis, dass höhere Temperaturen die Speicherwirkungsgrade verbessern, was durch die Nutzung flüssiger Salze als Speichermedium unterstützt wird. Thess betont, dass der Wirkungsgrad technisch wichtig ist, aber aus marktwirtschaftlicher Sicht die Kosten pro erzeugter Kilowattstunde entscheidender sind.

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2. Die Rolle des Wirkungsgrads in verschiedenen Technologien

Thess erläutert, dass der Wirkungsgrad bei Technologien wie Wärmepumpen, Photovoltaik und Windkraft zwar für Ingenieure von Bedeutung ist, in der Marktwirtschaft jedoch vor allem die Kosten zählen. Er kritisiert die übermäßige Betonung des Wirkungsgrads in öffentlichen Diskussionen und betont, dass niedrige Kosten unabhängig vom Wirkungsgrad entscheidend sind. Beispielsweise zeigt er auf, dass auch mit suboptimalen Wirkungsgraden wirtschaftlich attraktive Lösungen möglich sind, solange die Technologie wettbewerbsfähig bleibt.

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3. Materialfragen und technische Herausforderungen

Ein zentraler Punkt bei der Entwicklung von Energiespeichern wie der Carnot-Batterie ist die Materialauswahl. Flüssige Salze, wie Kaliumnitrat und Natriumnitrat, haben sich als geeignet erwiesen, sind jedoch chemisch aggressiv und stellen Herausforderungen an die Behältermaterialien. Thess hebt hervor, dass Fortschritte in der Materialwissenschaft eng mit der Verbesserung thermodynamischer Systeme verbunden sind. Der Zugang zu Rohstoffen sei wirtschaftlich betrachtet prinzipiell unendlich, da steigende Preise zu effizienterem Umgang und Innovationen führen.

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4. Marktwirtschaft versus staatliche Regulierung

Thess spricht sich klar für marktwirtschaftliche Mechanismen aus und kritisiert die starke Regulierung in Deutschland. Er plädiert für die Abschaffung von Subventionen, wie dem Erneuerbare-Energien-Gesetz, und eine stärkere Rolle des Marktes bei der Wahl von Technologien. Er sieht in übermäßiger Regulierung und Bürokratie eine Gefahr für Innovation und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit. Beispiele aus Ländern wie Namibia zeigen, wie marktwirtschaftliche Prinzipien den Einsatz erneuerbarer Energien ohne staatliche Eingriffe fördern können.

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5. Klimapolitik: CO2-Reduktion und Anpassung

Thess diskutiert die Herausforderungen der globalen Klimapolitik, insbesondere bei der Reduktion von CO2-Emissionen. Er plädiert für eine ausgewogene Strategie, die sowohl CO2-Reduktion als auch Anpassungsmaßnahmen berücksichtigt, wie die Begrünung von Städten oder den Bau besserer Infrastrukturen. Er sieht keine einfache Lösung, da es keine globale Regierung gibt, die einen einheitlichen CO2-Preis durchsetzen könnte. Stattdessen sollten marktwirtschaftliche Innovationen die Transformation vorantreiben.

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Liste aller Gespräche: 

https://energiespeicher.blogspot.com/p/energiegesprache-mit-eduard-heindl.html

Prof. Dr Georg Brasseur

Zusammenfassung des Gesprächs mit
Em.O.Univ.-Prof. Univ.-Doz. Dipl.-Ing. Dr. techn. Georg Brasseur Teil 2

Mobilität und Elektroautos

Das Interview mit dem emeritierten Universitätsprofessor Georg Brasseur beleuchtet innovative Ansätze zur Mobilität und Energieversorgung in Fahrzeugen. Er kritisiert die gängige Annahme, dass Elektroautos ausschließlich mit Batterien betrieben werden müssen und betont, dass Alternativen wie Brennstoffzellen effektiver sein könnten, insbesondere da diese weniger Speicherplatz benötigen und kontinuierlich durch Methanol oder einen Verbrennungsmotor mit Generator nachgeladen werden können. Dies könnte den Energieverbrauch im Verkehr potenziell halbieren. 

Das vollständige Gespräch auf YouTube

Im Gespräch wird auch die Bedeutung einer fairen Bewertung verschiedener Energieträger diskutiert, die nicht nur Emissionen am Auspuff, sondern den gesamten Lebenszyklus berücksichtigen sollte. Die Konferenz zur Mobilität, die Brasseur veranstaltet hat, zeigte eine Vielzahl von Meinungen und Lösungsansätzen, wobei der Schwerpunkt auf der Herausforderung lag, wie schwerere Fahrzeuge ohne größere Belastung effizient betrieben werden können. Zudem wird das Potential von Synthesekraftstoffen und die Notwendigkeit von Innovationen im Energiesektor hervorgehoben, um langfristige und nachhaltige Lösungen zu ermöglichen.

Batteriebetrieb oder Hybrid

In dem umfassenden Interview beleuchtet Georg Brasseur verschiedene Aspekte und Herausforderungen der Energiewende und Mobilität. Er kritisiert die vorherrschende Annahme, dass Elektroautos immer batteriebetrieben sein müssen, und betont, dass alternative Energiequellen wie Brennstoffzellen möglicherweise effizienter sind, da sie weniger Speicherplatz benötigen und kontinuierlich durch Methanol oder einen Verbrennungsmotor nachgeladen werden können. Dies könnte den Energieverbrauch im Verkehr erheblich reduzieren.

LKW Verkehr

Brasseur erörtert auch das Konzept des "Platooning" bei Lastwagen, das den Luftwiderstand durch enges Auffahren minimiert, und diskutiert die Potenziale von Synthesekraftstoffen. Er betont die Notwendigkeit, verschiedene Energieträger gerecht und basierend auf ihrem gesamten Lebenszyklus zu bewerten, nicht nur auf die Emissionen am Auspuff.

Wasserstof, Methanol und Alternativen

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Herausforderung der Speicherung und des Transports von Energie. Brasseur argumentiert, dass Lösungen wie Wasserstoff oder Methanol effektiver sein könnten als elektrische Übertragungen über weite Entfernungen. Er betont die Notwendigkeit einer stabilen und durchdachten Infrastruktur, die sich auf langfristige Effizienz und niedrige CO₂-Emissionen konzentriert, und warnt vor den Risiken einer schnellen Umstellung ohne ausreichende Berücksichtigung der bestehenden Infrastruktur.

Friede und Kooperation

Das Interview schließt mit einer Diskussion über die Notwendigkeit globaler Zusammenarbeit und stabiler politischer Bedingungen, um eine effektive Energiewende zu gewährleisten. Brasseur bleibt optimistisch hinsichtlich der Fähigkeit der Menschheit, intelligente und nachhaltige Lösungen zu entwickeln, betont jedoch, dass Frieden und internationale Kooperation grundlegende Voraussetzungen dafür sind.

Vollständige Liste aller Gespräche: https://energiespeicher.blogspot.com/p/energiegesprache-mit-eduard-heindl.htmlollständige Liste aller Gespräche: https://energiespeicher.blogspot.com/p/energiegesprache-mit-eduard-heindl

Die vier Probleme der Energiewende

 Die vier Probleme der deutschen Energiewende

Mit der raschen Zunahme der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre und bekannten Problem des Klimawandels, ist allen Ländern klar, dass die Emission von CO₂ praktisch völlig eingestellt werden muss.

Deutschland will hier Vorreiter sein und hat daher eine ungewöhnliche Agenda unter der neuen rot-grün-gelben Regierung aufgelegt. Die Energieversorgung soll in wenigen Jahren auf Wind und Sonne umgestellt werden. Geht das? Genau dieser Frage möchte ich in diesem Blog-Post nachgehen.

Die vier Reiter der Apokalypse
von Albrecht Dürer dargestellt.

• Solarenergie im Winter
• Windenergie und Flaute
• Speichertechnik
• Deutschland und Kernenergie

Solarenergie

Ohne Frage ist die Sonne die wichtigste Energiequelle für die Erde. Doch kann man die Energie auch für die Bedürfnisse eines Landes auf dem 51. Breitengrad nutzen? Zunächst muss man klar feststellen, dass die Umwandlung von Solarenergie in elektrischen Strom in den letzten zwanzig Jahren enorme Fortschritte gemacht hat, insbesondere ist der Preis von Solarmodulen dank Massenfertigung in China drastisch gesunken. 

Ich empfinde Solarenergie als gut!
Hier an einer 10 MW Anlage von Prof. Enebish in der Mongolei

Selbst unter deutschen Wetterbedingungen kann unter günstigen Umständen, Freiflächenanlage in Süddeutschland und niedrige Zinsen, ein Preis von ca. 5 ct/kWh [1] realisiert werden. In diesem Beitrag werde ich nicht auf die letzte Kommastelle eingehen, um die Fragen übersichtlich zu halten.

Das Problem ist der Winter

Der Erzeugungspreis von 5 ct/kWh funktioniert aber nur, wenn jemand den Strom unabhängig vom Bedarf, das ganze Jahr über zu dem Preis abnimmt, genau das tut das EEG. Das führt dazu, dass im Sommer, mittags, in Zukunft wesentlich mehr Strom erzeugt wird als benötigt wird oder das Stromnetz aufnehmen kann. 

Im Winter ist es genau anders, zu dieser Jahreszeit erzeugen die 50 GW Solarzellen, die aktuell in Deutschland installiert sind, nur ein Prozent der in Deutschland benötigten elektrischen Energiemenge. Insbesondere die Monate November, Dezember, Januar, sind das Problem, wie die Abbildung zeigt.

Jahresverlauf der Solarenergieproduktion in Deutschland [2]

Zur Lösung des Problems benötigen wir Stromspeicher, oder wir versuchen es mit Windenergie, die im Winter besser zur Verfügung steht.

Wind ist ein launischer Freund

Wind weht in Europa im Winter stärker als im Sommer, das liegt an der Temperaturdifferenz zwischen den sehr kalten Polarregionen im arktischen Winter und dem relativ warmen Golfstrom sowie komplexen Windmustern auf der Nordhalbkugel. Es sei angemerkt, dass aufgrund der verstärkten Erwärmung der Polarregion die Windgeschwindigkeiten generell auf der Nordhalbkugel abnehmen könnten. Da CO₂ die Wärmeabstrahlung überall behindert, aber die Wärmeeinstrahlung in Richtung Äquator auch in Zukunft hoch bleibt.  

Das Problem mit dem Wind ist weniger der Winter, sondern die Verteilung der Hochdruckgebiete in Europa, die dazu führen können, dass über Wochen kaum Wind weht. 

Eine neun Tage anhaltende Flaute
bei der Windstromerzeugung im November 2021 [3].

In dem Bild sieht man eine typische Flaute von 9 Tagen im November 2021, solche Flauten können aber auch noch etwas länger dauern. Kein aktuell verfügbarer Speicher kann diese Zeit überbrücken, die deutschen Pumpspeicher, die immerhin 40 GWh speichern können, wären nach 30 Minuten leer, wenn man den Strombedarf im Land aktuell decken wollte.

Windkraftwerke moderner Bauart
sind alles andere als eine Zier im Naturpark.

Speicher sind teuer

Viele Leser des Speicherblogs werden den Preis von Speichern kennen, er ist hoch. Batterien kosten unter günstigen Umständen 100 €/kWh. Um damit einen Tag deutschen Strombedarf zu überbrücken, müsste man eine Kapazität von 2.000 GWh, was 2.000.000.000 kWh entspricht, aufbauen. Das würde 200 Mrd. kosten, mehr als die, nicht ganz billige, Energiewende bisher gekostet hat. Um aber eine echte Dunkelflaute zu bewältigen, müsste man diesen Wert nochmals verzehnfachen.

Könnte der Lageenergiespeicher eine Alternative sein?
Noch hat sich kein Investor gefunden.

Alternativen sind Wasserstoff  oder synthetisches Methan. Elektrolytisch Wasserstoff im GW-Bereich herzustellen, hat noch keiner realisiert, typische Anlagen sind um den Faktor tausend kleiner und liegen im MW-Bereich. Die Pläne, das in 10 Jahren umzusetzen, ist neben den Kosten der Anlagen, den Bedarf an speziellen Rohstoffen, Platin, und der Schwierigkeit der Skalierung zumindest sehr sportlich.

Doch das Problem bei Wasserstoff ist noch schwerwiegender, der System-Wirkungsgrad liegt unter 50%, was enorme zusätzliche Konverter auf Basis von Solar- und Windkraftanlagen erfordert.

Zudem ist Wasserstoff nicht leicht zu speichern und noch schwerer zu transportieren, es bedarf also noch einer weiteren Infrastruktur. Die Alternative auf Methan auszuweichen, verschlechtert den Wirkungsgrad auf 25%, mit entsprechenden Folgen für den Strombedarf entsprechender Anlagen.

Drei komplette Energiesysteme

Die Energiewende erfordert eigentlich drei komplett neue Energiesysteme: Zunächst die Stromgeneratoren auf Wind und Sonnenbasis, die um den Faktor 10 ausgebaut werden müssen.

Dann ein System, das den Solarstrom im Sommer vom Tag in die Nacht verschiebt, also Batterien mit einer Kapazität von 2000 TWh. Und als Drittes ein komplettes Backup auf Erdgasbasis, das es gewährleistet, dass in einem Industrieland auch im kalten Winter die Energieversorgung gesichert ist. Dazu muss die Kapazität der Erdgaskraftwerke um den Faktor 10 auf mindestens 100 GW ausgebaut werden. Diese Kraftwerke haben dann eine Belegschaft, die nur wenige Wochen im Jahr benötigt wird, neben der Arbeitsplatzpsychologie, ein teures Vergnügen.

In der Summe findet man, so in der Dissertation von Nico Wehrle nachzulesen, dass der Strompreis auf 19 ct/kWh ab Kraftwerk steigt, der bisher bei 5 ct/kWh lag. Steuern und diverse Abgaben sind hier nicht berücksichtigt.

Deutschland und Kernenergie

Die ganze CO₂-Problematik wäre mit Kernenergie leichter zu lösen. Kernenergie ist die sicherste und umweltfreundlichste Energie. Das ist aber in Deutschland praktisch nicht zu vermitteln. Ich will es trotzdem versuchen. Zur Frage der Sicherheit ist es sinnvoll einen Vergleich der Todesopfer pro erzeugter TWh Strom anzustellen. Das Resultat verblüfft:

Die Kernenergie hat mit 0,04 Todesopfer pro TWh das geringste Risiko [4].

Bisher sind bei dem Reaktorunfall in Tschernobyl weniger als 200 Menschen zu Tode gekommen. Sieht man pessimistisch weitere 4000 Tote infolge von Krebs, hat man praktisch alle Todesopfer der Kernenergie berücksichtigt. Allen die Luftverschmutzung der Kohlekraftwerke und anderer Emittenten, hat in Europa in den letzten zehn Jahren 500.000 Todesopfer gefordert.

Was hier meist übersehen wird, ist die enorme Energiemenge, die weltweit 400 Kernkraftwerke kontinuierlich liefern.

Auch die CO₂-Bilanz ist hervorragend:

Kernenergie hat die geringsten CO₂-Emissionen
aller steuerbaren Energiequellen [5].

Mit 25 Gram pro kWh liegt die Kernenergie weit vor Erdgas, aber auch vor Fotovoltaik, Biogas und Holz. Die Studie stammt aus der Schweiz, international findet man auch Studien, die der Kernenergie nur 4 Gramm pro kWh zuordnen.

Warum ist dann Kernenergie ein Problem?

• Zur Zeit der Entstehung der Antiatombewegung, in den '70er-Jahren des 20. Jahrhunderts, war noch nicht klar, wie gut Kernenergie beherrscht wird. Viele hatten mit mehr Unfällen und wesentlich schlimmeren Folgen bei den Unfällen gerechnet. Die Menschen hatten die Atombomben noch vor Augen, von denen bis dahin die unglaubliche Zahl von 2000 gezündet wurden [6]!
• Das CO₂-Problem war nicht präsent, der Club of Rome Bericht "Limits to Growth" aus dem Jahre 1972 [6] hat es noch nicht einmal erwähnt. Die Angst war damals das Ende der Rohstoffe, von Blei bis Öl sollte fast alles bis zum Jahr 2000 ausgehen.

Doch inzwischen sind 50 Jahre in das Land gegangen und wir sollten uns auf die Kernenergie rückbesinnen, moderne Reaktoren bauen und nicht das Industrieland Deutschland mit einer überhasteten Energiewende überfordern.

Sonst endet das wieder einmal, um mit Mephisto in Goethes Faust zu sprechen: 

"Ich bin ein Teil von jener Kraft,

die stets das böse will und stets das gute schafft,..."

Nein, wir machen es umgekehrt hierzulande:

"Wir sind ein Teil von jener Kraft, 

die stets das Gute will und stets das Böse schafft!"

Weitere Blogbeiträge:

• Wirkungsgrad von Speichern
• Nachdenken über Kernenergie

Interessanter Vergleichsrechner

Quellen:

[1] Bundesnetzagentur durchschnittlicher Zuschlag für Fotovoltaik Freiflächenanlagen 2021

[2] ZSW, BDEW, Stand 12/2021

[3] Fraunhofer ISA, Energy-Charts

[4] NextbigFuture

[5] PSI/ESU Services 2012, Werte für die Schweiz

[6] Anzahl der Atomwaffentests nach Wikipedia

[7] Club of Rome https://www.clubofrome.org/publication/the-limits-to-growth/

LCOS Levelized Cost of Storage - Preis für Speicher

Vergleich der Speicherkosten

Die Kosten von Energiespeicher zu vergleichen, ist alles andere als einfach. Das liegt daran, dass die bekannten Speicher, wie Batterien, Pumpspeicher oder Gravity Storage bis zu Power to Gas, sehr unterschiedliche Preise und Wirkungsgrade haben.

In diesem Post will ich das international übliche Vergleichsverfahren LCOS erläutern und auf die Probleme bei der Berechnung hinweisen.

Webinar über LCoS und Großspeicher (englisch)

Wo die Kosten entstehen

Auf den ersten Blick sehen viele nur den Anschaffungspreis (CAPEX) für einen Speicher. Aber bereits dieser ist nicht trivial zu bestimmen, denken wir nur an einen Pumpspeicher, der gebaut werden muss. Vielleicht liegen zehn Jahre von der Investitionsentscheidung bis zur ersten Stromlieferung, eine Zeit in der viel Geld ausgegeben wird. Hätte man das Geld in dieser Zeit nicht besser anlegen können, etwa mit 5% Verzinsung? 

Um diesen Effekt zu berücksichtigen, wird der abgezinste Preis für die Zukunft ermittelt. In einem einfachen Fall wäre ein Speicher, der 1000 Euro kostet, aber erst nach einem Jahr benutzt werden kann, mit einem "Kaufpreis" von ~1050 Euro anzusetzen.

Ist der Speicher in Betrieb, entstehen laufende Kosten (OPEX), etwa für Wartung und Betrieb, aber auch für die Miete der Fläche. Steht ein Speicher in der Wohnung und benötigt 1 m² Platz, muss man fairerweise die Mietkosten pro Monat, etwa 5 €/m² umlegen, sodass der Speicher im Jahr allein 5 × 12 = 60 € Raummietkosten verursacht!

Ein Stromspeicher hat nie einen 100% Wirkungsgrad. Da der Strom, der eingespeichert wird, nicht kostenlos ist, auch wenn gerne das Gegenteil behauptet wird, muss man die Kosten für den Strom, der während dem Speichern verloren geht, berücksichtigen. Hat man etwa eine LiIon Batterie, die Strom aus der eigenen PV Anlage aufnimmt, so kann man für den Strompreis 10 ct/kWh ansetzten und einen Wirkungsgrad des Speichers, gemessen auf der Seite des Wechselstroms, von 90% annehmen. Mithin entstehen pro Speicherzyklus in einem 10 kWh Speicher 10 ct Kosten aufgrund des internen Stromverlusts.

Für viele Berechnungen ist der verlorene Zins eine der teuersten und auch am schwierigsten zu verstehenden Größen. Bei einer Investitionsentscheidung will jeder Unternehmer eine Rendite, die höher ist, als die Rendite, die er bei der Bank bekommen würde. Da jede Investition einen Gewinn erwirtschaften soll und mit Unsicherheiten behaftet ist, wird kalkulatorisch eine Verzinsung angenommen, die relativ hoch erscheint, aktuell häufig 8%.
Man bedenke, ein Speicher könnte kaputtgehen, zukünftig könnte ein anderer Bedarf entstehen oder ein wesentlich billigerer Speicher auf den Markt kommen. In jedem dieser Fälle wäre die erwartete Rückzahlung gefährdet und dagegen "Versichert" sich der Unternehmer mit einer geplanten Rendite.

Genaue Berechnung 

Für eine genaue Berechnung der Kosten für das Speichern einer kWh Strom (oder MWh, die im Strommarkt übliche Größe) muss man daher viele Faktoren vorab wissen. Die Wichtigsten sind:

• Strompreis des einzuspeichernden Stroms (P_elec-in)
• Wirkungsgrad des Speichers (u(DOD))
• Kaufpreis des Speichersystems (CAPEX)
• Lebensdauer des Speichers (N Speicherlebensdauer in Jahren)
• Anzahl der Speicherzyklen (#cycles)
• Erwartete Rendite (r Zinssatz)
• Betriebskosten (O&M) 

Hat man alle diese Größen zusammen, kann man eine erste einfache Rechnung machen:

                      Alle Kosten

Kosten pro kWh = ---------------------

                  gespeicherter Strom

So einfach diese Formel erscheint, so kompliziert wird sie, wenn man die zukünftigen Einnahmen und Ausgaben finanztechnisch richtig einsetzt. Dann wird etwa eine kWh, die man erst in 5 Jahren speichert, kleiner als gedacht, da man ja alles für die Zukunft abzinsen muss (Stichwort: Rendite). 

Dieses Abzinsen kann man durch eine Summenformel beschreiben, die da lautet:

Ausführliche Formel zum Berechnen der Speicherkosten nach Apricum.

Ich gehe mal davon aus, dass die meisten beim Erblicken dieser Formel in ehrfürchtiges Erstaunen versetzt werden. Aber genaugenommen steht da nicht mehr drin, als ich bisher angesprochen habe, nur in einer, für mathematisch geübte, klaren Schreibweise. 

Auswertung LCOS mit Beispielen

Praktischerweise kann man so eine Formel mit etwas Geduld in Excel eingeben und dann losrechnen. Dies habe ich zusammen mit Experten vom Imperial College in London, insbesondere zu erwähnen Herrn Schmidt [1], gemacht und dabei für einige Systeme die Resultate ermittelt. 

Vergleicht man wichtige Speichersysteme, erhält man die folgenden Resultate:

Vergleich LCOS für verschiedene Speichersysteme [1]

In der Grafik sieht man, dass Gravity Storage und Compressed Air Speicher nahezu die gleichen Anschaffungskosten (CAPEX) haben, aber die Speicherkosten bei einem Gravity Storage System niedriger liegen, da der Wirkungsgrad dort höher ist und somit weniger Strom (P-elec) in das System eingespeichert werden muss, um gleichviel Strom später zur Verfügung zu haben.

Für die Rechnung wurden folgende Annahmen getroffen:

Verwendete Daten für die Berechnung oben. [1]

Wie stark die Auswirkung der Rendite (Zinssatz) sind, sieht man, wenn man mit 4% Zins statt 8% Zins wie oben gezeigt, rechnet.

Veränderung des LCOS bei 4% Zins. [1]

Obwohl alle anderen Kosten unverändert sind, fallen die Speicherkosten für manche Systeme, wie Pumped Hydro (Pumpspeicher) deutlich ab. Hingegen bleiben die Kosten bei Batterien relativ hoch. Woran liegt das? Der Grund liegt in der Bauzeit, während Batteriesysteme innerhalb eines Jahres am Netz sein können, benötigen Systeme mit mehrjähriger Bauzeit viel Kapitalvorlauf bis die ersten Einnahmen kommen. Sind die Zinsen niedrig, hat das aber nur eine geringe Bedeutung.

Fazit

Ich hoffe, an dieser Stelle ist klar geworden, dass die Berechnung der Kosten für Speicher, insbesondere wenn sie als Investition eines Unternehmens getätigt werden, nicht leicht zu bestimmen sind, aber dass es bekannte Verfahren gibt diese Kosten genau zu berechnen.

Viele private Nutzer von Batteriesystemen werden so eine Rechnung selten machen, es geht da oft um das gute "Gefühl" einen Speicher für den eigenen Strom zu haben, das kann aber leider nicht in einer Rechnung abgebildet werden.

Anmerkungen:
CAPEX = capital expenditures (Kapitalkosten)
LCOS = Levelized Cost of Storage (Gewichtete Kosten des Speicherns)

OPEX = operating expenditures (Betriebskosten)

Quellen:
[1] Schmidt, 2017, report: Levelized cost of storage, 

Energy Storage World Forum Konferenzbericht

Trends bei Energiespeicher 2017 

In Berlin fand von 10. bis 11. Mai das 10. ESWF statt. Ich habe den Teil zum Thema Großspeicher besucht und eigentlich erwartet, auch einige neue Ansätze zu Pumpspeicher und andere Technologien zu erfahren. Das war eher nicht der Fall, es ging hauptsächlich um Batterien.

Abschlusspräsentation auf dem ESWF, der Frauenanteil war nicht immer so hoch.

Was ist ein Energiespeicher

Das Problem liegt wohl eher darin, dass unter Energiespeicher jeder etwas anderes versteht. Aktuell scheint es so, dass im Markt für Großspeicher im wesentlichen Speicher beschrieben werden, die große Leistung für kurze Zeit liefern können. Das sind wichtige Systeme in einer Welt, in der die klassischen thermischen Kraftwerke langsam von Solar- und Windkraftwerken ersetzt werden.

Sehr unterschiedliche Speicher: Strom, Lebensmittel, Daten, und sehr unterschiedliche Reichweiten, aus dem Vortrag von  Julian Jansen, IHS Markit

Regelenergie

Um das Problem genauer zu verstehen, muss man wissen, dass ein normales Kohlekraftwerk nicht bei voller Leistung läuft, sondern für kurzzeitige Schwankungen immer noch eine gewisse Leistungsreserve (~10%) vorhält. Kommt es jetzt zu einem zusätzlichen Bedarf, weil gerade eine große Maschine eingeschaltet wird, muss einfach die Leistung etwas hochgeregelt werden. 

Bei einer Solarzelle oder auch bei einem Windkraftwerk geht das nicht, diese werden normalerweise hundert Prozent der Leistung an das Netz abgeben, obwohl theoretisch auch weniger möglich wären, was aber offensichtlich eine Verschwendung wäre.

Einsatzgebiete von großen Batterien zur Netzstabilisierung, Quelle: eon

Um diese Regelleistung ohne den Aufwand eines herunter geregeltem Kohle-, Erdgas- oder sonstigen thermischen Kraftwerks zu managen, scheinen Batterien zusammen mit leistungsfähiger Elektronik einen guten Dienst zu tun.  

Typisch an diesen Systemen ist, dass sie nur sehr kurz Energie liefern können, typische Werte liegen unter einer Stunde.

Speicherbedarf für große Energiemengen, Dunkelflaute

Eine der spannendsten Fragen in der Speicherbranche ist der Bedarf an Speicher für große Energiemengen, also nicht um kurzzeitig das Netz zu stabilisieren, sondern um etwa elektrische Energie vom Tag aus Solarenergie in die Nacht zu verschieben.

Hier war ein Vortrag von Dr. Björn Peters interessant, der für Deutschland die Situation mit 100% Wind und Solarenergie berechnet hat. Sind 120 GW PV und 120 GW Wind installiert, so genügt dies langfristig theoretisch, um den Strombedarf zu decken. Allerdings müssen ausreichend Speicher zur Verfügung stehen. In dem Modell wurde ein perfekter Speicher mit 100% Wirkungsgrad angenommen (Reale Speicher liegen eher bei 80 %, aber die Differenz ist nicht entscheidend).

Die Überraschung ist, dass für die Phasen ohne Wind und Sonne, sogenannte Dunkelflaute, massive Speicherkapazitäten nötig sind. So wäre zur Überbrückung der Dunkelflaute im Herbst 2016 etwa 80.000 GWh Speicherkapazität erforderlich gewesen. Bedenkt man, dass nur 40 GWh in Deutschland verfügbar sind, wird das Problem offensichtlich.

Die Dunkelflaute, der gefährliche Elefant, wie er in der Zeitschrift Sonne Wind & Wärme dargestellt wird.

Vermutlich können solche Phasen nur mit thermischen Reservekraftwerken, ob dies nun Blockheizkraftwerke oder Gasturbinen sind, überbrückt werden.

Alternativ könnte man Stromleitungen nach Afrika oder Sibirien legen, die insgesamt 8.000 km lang wären und eine Leitungskapazität von mindestens 50 GW benötigen, leider, im aktuellen politischen Umfeld, eher schwierig umzusetzen.

Wachstum des Speichermarkts

Sicher werden die extremen Speicher nicht so schnell kommen, aber das Wachstum der Speicher ist größer als das Wachstum der PV und Wind Märkte, da an vielen Orten das Netz langsam an die Grenzen seiner Steuerfähigkeit kommt. 

Speicherbedarf im UK erreicht 15 GW innerhalb von 15 Jahren

In mehreren Vorträgen wurden Folien aufgelegt, die den Speicherbedarf, zumeist aufgeschlüsselt nach Hausbatterien ("behind the meter") und anderen Batterien im Netz, analysierten. Zumeist wird hier nicht von Speicherkapazitäten, sondern von Leistungen gesprochen, da es noch um die Stabilisierung des Netzes geht. 

Gegenüber heute ist ein Faktor 10 bis 100 innerhalb von 15 Jahren zu finden.

Der größte Energie Speichermarkt ist wohl in 2017 in Südkorea! (Quelle: Jansen, IHS Markit)

Warum besuche ich solche Konferenzen?

Am Ende der Konferenz hat man immer das Gefühl, die Aussagen schon ein dutzend Mal gehört zu haben. Allerdings ist auch interessant, was fehlt, niemand hat mehr vom Power to Gas gesprochen und Wasserstoff ist ebenfalls nicht vorgekommen. 

Sehr gefreut hat mich, dass der Moderator meine Speichertechnologie, Gravity Storage, als mögliche Lösung für Großspeicher erwähnt hat. 

Ein weiterer wichtiger Punkt sind immer die Gespräche in der Kaffeepause, man erfährt viel über Märkte und kann seine Kontakte gut pflegen.

Bis zur nächsten Konferenz, weitere Konferenzberichte finden sich unter:

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

Optimale Ladezyklen bei Energiespeichern

Energiespeicher brauchen viele Ladezyklen

Es gibt sehr unterschiedliche Energiespeicher, vom Kondensator über Batterien bis zur Technologie Power to Gas. 

Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Gründe einen Energiespeicher zu betreiben, entweder man benötigt den Energiespeicher, weil man nicht am Stromnetz ist und daher die Energie im Speicher aufbewahren muss, etwa im Smartphone, im Auto bis hin zu abgelegenen Orten. 

Der zweite Grund liegt in der Speicherung von überschüssiger (billig) produzierter Energie, die man später zu besseren Konditionen verkaufen kann. Von diesem Fall soll dieser Blogbeitrag handeln.

Jeder Ladezyklus verdient Geld

Ein Batteriespeicher, der an eine Solaranlage angeschlossen ist, kann während des Tages von einer PV Anlage den "kostenlosen" Solarstrom einlagern und in der Nacht, wenn der normale Haushaltsstrom ca. 30 ct/kWh kostet, diesen wieder bereitstellen.

Solarenergie im Jahresverlauf in Deutschland

Die Sonne schickt zwar keine Rechnung, aber die Solaranlage ist nicht kostenlos, daher gibt es einen Preis für den Strom, der aus den PV-Zellen kommt und dieser liegt in Deutschland bei etwa 10 ct/kWh. Das bedeutet, der Speicher kann pro kWh Speicherkapazität während eines Ladezyklus 20 ct verdienen. 

Der Preis für den Speicher mag bei 1000 Euro/kWh liegen, um den Preis des Speichers abzuzahlen, muss man diesen Speicher 5000 mal laden und entladen. Gehen wir mal davon aus, der Speicher kann so viele Zyklen ohne Verlust überstehen, dann stellt sich die Frage, wie lange der Speicher benutzt werden muss, um seine eigenen Kosten zu verdienen. Würde man etwa im Sommer speichern und im Winter entladen, dann benötigt man 5000(!) Jahre, bis der Einkaufspreis zurück ist.

Verteilung der Solarleistung, 50% der Zeit ist dunkel!

Das einfachste ist, die Zahl der Zyklen pro Jahr zu erhöhen. Die Sonne scheint in Deutschland etwa an 150 Tagen so stark, dass man überschüssigen Strom speichern kann. Damit reduziert sich die Wartezeit, bis der Speicher abgezahlt ist auf 5000 / 150 = 33 Jahre. Leider ist diese Rechnung ohne Zins und Zinseszins gerechnet und daher unrealistisch. Unter den angesprochenen Rahmenbedingungen, 20 ct Einnahmen pro Zyklus und 1000 €/kWh kann man keinen Speicher refinanzieren.

Mehr Ladezyklen

Die Zahl der Ladezyklen kann man steigern, indem man den Speicher in einem südlichen Land nutzt, das mehr Sonnentage, als in Mitteleuropa üblich, hat. In günstigen Fällen werden 350 Ladezyklen erreicht, und der Speicher verdient bereits nach 5000 / 350 =  14 Jahren seinen Gestehungspreis. Vierzehn Jahre sind zumindest im Privathaushalt eine erträgliche Zeit für den Rücklauf der Kosten, insbesondere in einer Welt, in der man auf der Bank auch keine Zinsen für das Geld bekommen hätte.

Auswege aus der Kostenfalle

Ein möglicher Weg, ein ökonomisch besseres Modell zu bekommen liegt in der Senkung der Kosten für den Speicher. Würde der Speicher nur 100 €/kWh kosten, wäre selbst in Deutschland der Speicher nach drei Jahren abgeschrieben, da bereits 500 Zyklen reichen um die Anschaffungskosten zu kompensieren. Leider ist es mit LiIon-Batterien im Moment unwahrscheinlich, dass ein derart niedriger Preis inklusive Elektronik, Transport und Aufstellung erreicht wird.

Bei großtechnischen Anlagen, wie einem Pumpspeicher oder Lageenergiespeicher ist ein Preis in dieser Größenordnung von 100 €/kWh schon eher realistisch. Allerdings gibt es aktuell keinen Markt, in dem man 20 ct/kWh gewinnen kann. Selbst in der optimalen Situation mit 3 ct/kWh Solarstrom, wie er in Dubai und Chile produziert werden kann, sind höchstens ein Aufschlag von 10 ct/kWh denkbar um in der Nacht den Strom für 13 ct/kWh wieder zu verkaufen. Wesentlich höhere Preise werden, zumindest heute, durch den Wettbewerb mit anderen Stromquellen, wie Erdgaskraftwerke, verhindert.

Windenergie speichern

Das Speichern von Windenergie ist noch schwieriger abzuschätzen, als von Solarstrom, das liegt daran, dass der Wind in vielen Regionen sehr unregelmäßig weht. In Mitteleuropa wird der Wind durch Tiefdruckgebiete bestimmt und im Lauf eines Jahres ziehen etwa 50 Tiefdruckgebiete über den Atlantik. Rechnet man für den Speicher analog zum Beispiel mit PV-Strom, dann hat man keine Chance mit 50 Zyklen.

Windenergie im Jahresverlauf in Deutschland

Eine genaue Betrachtung der Speichertechnologien zeigt jedoch, dass es auch sehr günstige Speicher mit relativ teuren Konvertern gibt. Dazu zählt die Umwandlung von Strom in Wasserstoff. Der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle sind sehr teuer, aber theoretisch kann man Wasserstoff in Salzkavernen speichern, die pro kWh Kapazität eher 1 € als 100 € kosten.

Betrachtet man jetzt die Betriebsstunden des Konverters, so kann man, grob geschätzt, etwa 20% der Zeit überschüssigen Windstrom in Wasserstoff umwandeln und weitere 20% der Zeit Strom über die Brennstoffzelle liefern. Die Zyklenzahl ist aufgrund der geringen Speicherkosten nicht relevant.

Verteilung der Windleistung in Deutschland (Log-Zeit)

Auch hier eine Rechnung: Kostet der Elektrolyseur 1000 €/kW und die Brennstoffzelle ebenfalls 1000€/kW dann kann man im Lauf des Jahres 8760 ×0,2 = 1750 kWh speichern und wieder abgeben.
Geht man optimistisch von einem Einkaufspreis von 0,02 €/kWh aus, dann kostet der Strom für den Speicher 35 € im Lauf des Jahres.  Können wir den Strom für 0,15 €/kWh verkaufen, das sind absolute Spitzenpreise an der Strombörse, erlösen wir bei 50% Wirkungsgrad

0,5 × 1750 kWh × 0,15€/ kWh = 131 €. 

Netto bleiben 131€ - 35€ = 96 € in der Kasse. Mit diesem Geld müssen wir jetzt die Anlagenkosten abbezahlen. Das waren 2000 €/kWh somit benötigen wir wieder über 20 Jahre ohne Verzinsung, bis die Konverter-Anlage zumindest ihre Investitionskosten eingespielt hat.

Auch hier ist klar, dass durch niedrigere Preise der Konverter die Situation besser würde, allerdings sind aktuell die Preise deutlich höher.

Zusammenfassung

Bei den heutigen Preisen ist höchstens für die tägliche Sonneneinstrahlung, zusammen mit einem günstigen Großspeicher, wie dem Lageenergiespeicher, ein wirtschaftlicher Betrieb möglich.
Windenergie kann man nicht ökonomisch speichern, solange nicht ein grundlegender Durchbruch bei der Speichertechnologie erfolgt, der allerdings nirgends zu sehen ist. 

Ein Jahr Tesla gefahren, ein Erfahrungsbericht

Erfahrungen mit dem Elektroauto 

Seit Ende Oktober 2015 fahre ich jetzt meinen Tesla S 85D, ein rein elektrisches Auto, das ich mir gekauft habe, um nicht weiter die Umwelt so sehr zu belasten wie mit meinem Dieselauto, das ich davor genutzt habe. Ein Umstieg auf den öffentlichen Nah- und Fernverkehr ist mir durch meinen Wohnort im Schwarzwald kaum möglich. Zudem habe ich festgestellt, dass die Nutzung der Bahn, die oft mit erheblichen Verspätungen unterwegs ist und mir sehr schwierige Arbeitsbedingungen bietet, für mich nicht wirklich eine Alternative darstellt.

Verschiedene alte Autos mit Verbrennungsmotor und mein Tesla

Es gibt viele Gründe sich einen Tesla Auto zu leisten, für mich standen das angenehme Fahren und die längerfristig ökologischen aber auch ökonomischen Vorteile im Vordergrund.

Zuverlässig

Was habe ich jetzt gelernt, nach über 30.000 km auf der Straße? Das Erste ist, dieses Auto funktioniert immer, es gab innerhalb dieser Zeit kein einziges Problem, das so schwerwiegend gewesen wäre, dass ich nicht mein Ziel rechtzeitig erreicht hätte, was man natürlich in der Oberklasse erwarten kann.

Witzigerweise hat gerade die Batterie meines alten Autos früher öfter den Dienst versagt, etwa entladen, weil das Licht angeblieb war, sodass der Motor nicht startete. Die Sorge ist völlig verflogen und die Legende vom leeren Akkumulator im Elektroauto kann ich nicht teilen.

In der Praxis ist es so, dass man jeden Morgen mit einem vollgetanktem, oder besser, vollgeladenem Auto losfährt und über 400 km zurücklegen kann. Meine alltägliche Fahrten, die selten über Stuttgart oder Zürich hinausgehen, führen daher nicht zu einem völligen Entladen, sondern zumeist habe ich mehr als 100 km Reserve im Tank, wenn mein Auto abends wieder in die Garage kommt.

Parken im Flughafenparkhaus Zürich, in der Schweiz gibt es deutlich mehr Teslas

Interessanterweise lernt man dadurch fast nie wieder eine Tankstelle kennen. Dies führt dazu, dass einige Tätigkeiten, die man an der Tankstelle bisher erledigt hat, etwa Scheibenwaschen oder frisches Wasser in die Scheibenwischanlage füllen, jetzt zu Hause erfolgen und so war eine meiner ersten Käufe ein guter Scheibenreiniger und ein entsprechender Schwamm.

Langstreckentauglich

Während des letzten Jahres bin ich auch mehrmals Langstrecken gefahren, mit Zielen, die über 500 km weit weg waren. Dabei hat sich das dichte Supercharger Netz von Tesla sehr bewährt. Das Navigationssystem des Fahrzeugs zeigt bereits beim Start die notwendigen Zwischenhalte an, sodass man gut planen kann, wo man etwa sein Frühstück einnimmt oder die Mittagspause hält und wann man ankommt.

Hier habe ich in die letzte freie Ladesäule erwischt. 

Auf allen Fahrten, an denen ich einen Supercharger angesteuert habe, hatte ich immer eine freie Ladesäule bekommen, vielleicht war es Glück, weil zweimal war es wohl die letzte, gerade noch freie Säule. Dort hätte allerdings nach fünf Minuten auch ein anderes Auto ausgeparkt, sodass die Verzögerung erträglich gewesen wäre. Dies war übrigens in beiden Fällen eine Ladestation in den Niederlanden, dort gibt es erheblich mehr Tesla Fahrzeuge als in Deutschland.

Viele freie Ladesäulen, aber verwirrende Beschilderung wann man parken darf.

Ein typischer Halt am Supercharger läuft folgendermaßen ab, man steckt sofort das Ladekabel ein, sucht das nächstgelegene Restaurant auf um vielleicht einen Kaffee zu trinken und eine Kleinigkeit zu essen, bis man bezahlt hat und gegebenenfalls auf der Toilette war, vergehen leicht 20 bis 25 Minuten und das Auto kann wieder 300 km weit fahren.  Sollte man ein Mittagessen einnehmen, dann ist das Auto meistens wieder fast voll aufgeladen (400 km).

Mehrmals habe ich mir auch den Spaß gemacht und die Pause einfach für einen kleinen Spaziergang genutzt. Das ist sehr zu empfehlen, wenn man nach drei Stunden hinter dem Steuer eine halbe Stunde geht, fühlt man sich wirklich wieder frisch und kann frohgemut weiter fahren.
Dies ist eine generelle Eigenschaft bei Fahrten, denn ich glaube es ist nicht wirklich gesund mehr als 500 km am Stück zu fahren. Das bedeutet auf deutschen Autobahnen mindestens fünf Stunden unbeweglich ununterbrochen hinter dem Steuer zu sitzen. Denn die menschlichen Sinne sind nicht für derartige Konzentrationsleistung gebaut, obwohl wir diese Aufgabe bewältigen, sind wir danach erschöpft und wundern uns warum wir dann oft nicht gut schlafen oder sogar mehrere Tage geringere Leistung vollbringen.

Laden an der Fahrradladestation eines Hotels in Celle

In Ausnahmefällen kann man das Auto auch an eine ganz normale Steckdose hängen, etwa wenn man in einem Hotel übernachtet. Dort wo ich bisher gefragt habe, war das Personal sehr zuvorkommend und hat es mir immer ermöglicht (kostenlos!) Strom zu saugen.
Es gibt auch noch die öffentlichen Ladesäulen, dort kann man mit unterschiedlichen Steckern ebenfalls einen Tesla laden, sofern man das passende Kabel dabei hat. Ich habe so ein Kabel bei Fernreisen dabei und einmal habe ich es auch in Catzand, NL, ausprobiert.

Öffentliche Ladesäule in Cadzand

Erstaunlicherweise hat sogar mein spezieller Chip von Plugsurfing sofort funktioniert. Eine praktische Sache, die Abrechnung erfolgt dann später über das Bankkonto. Allerdings wundert man sich als Teslafahrer, dass es wirklich Menschen gibt, die an so einer langsamen Ladesäule (11 kW) wirklich laden, selbst nach drei Stunden war nur Strom für 150 km eingespeichert, kein Vergleich zum Supercharger.

Der Autopilot

Eine spezielle Geschichte ist der Autopilot. Zum Zeitpunkt, als ich das Auto erhalten habe, war dieser noch nicht installiert, jedoch die entsprechende Sensorik, vorne und hinten eine Kamera sowie ein Radargerät, bereits eingebaut. Nach wenigen Tagen bekam ich "over the air" die Software 7.0, die den Autopiloten, besser gesagt den sogenannten Autopiloten, enthält.

Das Fahren mit dem Autopiloten, der ständig besser wird, ist für mich eine echte Erleichterung beim Fahren über lange Strecken. Auf kurzen Strecken, genauer gesagt auf kurvigen Landstraßen, ist der Autopilot keine gute Wahl, denn entweder nimmt er die Kurve sehr langsam oder man hat das Gefühl, wenn man nicht eingreift, könnte ein Rad den Randstein berühren. 

Fahrt mit "Autopilot" auf der Autobahn. 

Völlig anders ist es auf der Autobahn, dort ist der Autopilot ein außerordentlich nützliches Hilfsmittel da er zuverlässig die Spur hält. Ich erinnere mich an einen Vorfall, als auf einer dreispurigen Autobahn, ich war auf der zweiten Spur, plötzlich von rechts ein Auto herein geschnitten kam. Instantan bremste der Tesla und ich konnte sicher hinter diesem Fahrzeug weiterfahren. Ich bin mir nicht sicher, ob ich selbst genauso schnell reagiert hätte, was sicherlich einen unangenehmen Unfall zur Folge gehabt hätte.

Zuverlässig fährt der Autopilot auf gut markierten Landstrassen.

In der Öffentlichkeit ist der Autopilot umstritten oder besser gesagt die deutsche Autoindustrie findet es unangenehm von ausländischer Technik überholt zu werden. Dies führte zu einem originellen Brief, den mir das Kraftfahrzeug Bundesamt in Flensburg gesendet hat. Dort werde ich darauf hingewiesen, dass ich die Bedienungsanleitung des Tesla genau lesen soll, denn dort steht der Autopilot ist nur eine Hilfsfunktion und der Fahrer muss immer vollständig auf das Verkehrsgeschehen achten. Und er muss jederzeit entsprechend eingreifen. Ich glaube, nicht dass Kunden anderer Hersteller, etwa von Daimler, Mercedes wird mit "Autonomes Fahren" beworben, ebenfalls vom Kraftfahrzeugbundesamt einen entsprechenden Brief erhalten.

Technische Probleme

Die technischen Probleme waren überschaubar doch will ich einige, die mir aufgefallen sind, kurz erläutern.

Am schwerwiegendsten fand ich, dass ich nach der Rückkehr von einer Flugreise im Winter zunächst keinen Navigations-Bildschirm vom System bekommen habe. Der Bildschirm blieb einfach schwarz. Erst durch Reset des Fahrzeugs nach einigen Kilometern Fahrt auf einem Parkplatz ist es mir gelungen, das System wieder zum Arbeiten zu bringen. Ob es an der tiefen Temperatur lag oder an einen anderen merkwürdigen Effekt vermag ich nicht zu beurteilen, er ist jedenfalls nie wieder aufgetreten. Solche Fehler verschwinden häufig, da Tesla regelmäßig, etwa im Monatsrhythmus, neue Versionen mit Bugfixes und manchmal auch neue Versionen mit neuen Features über Nacht an das Auto sendet.

Ein zweiter Fehler habe ich beim ABS System beobachtet, dass unter sehr feuchten Bedingungen, also starken Gewitterschauer, plötzlich nicht mehr aktiv ist genauer gesagt, die Software teilt mit, dass jetzt das ABS nicht mehr verfügbar ist.

Eine nette Autonummer, in Belgien gesehen.

An dieser Stelle fand ich es erfreulich, dass die Software mir sehr genau mitgeteilt hat, dass es diesen Fehler gibt und die Konsequenz, dass das entsprechende ABS Bremsen nicht verfügbar ist. Nachdem der Sensor wieder getrocknet war, ging der Fehler weg und auch dies wurde vom System sofort mitgeteilt.

Ein Besuch in der Werkstatt hat gezeigt, dass das entsprechende technische Teil einen Baufehler hatte, der wohl vom Zulieferer zu verantworten war. 

Weitere kleine Probleme gibt es immer wieder mal an verschiedenen Stellen so ist das Schließen des vorderen Kofferraums "Trunc" etwas mühsam, da es genau so erfolgen muss wie, wenn man eine Motorhaube abschließt, durch kräftiges andrücken der "Motorhaube".

Ein weiteres merkwürdiges Phänomen beobachte ich manchmal beim Ausstrecken des Ladesteckers, der ein bis zwei Sekunden benötigt, bis er softwaremäßig das System entriegelt. Kein großes Problem aber vielleicht könnte man dies etwas verbessern.

Party-Effekt

Ein elektrisches Auto ist immer noch etwas Besonderes, insbesondere in Deutschland, inzwischen wohl das Land mit der niedrigsten Elektroautodichte unter den Industrieländern.

Anzahl der Elektroautos 2016. Deutschland ist das Schlusslicht! Quelle: Wikipedia

Durch diesen Exotenstatus und den heimlichen Wunsch vieler, doch ein sauberes Auto zu fahren, ergeben sich immer lebhafte Diskussionen und viele Fragen.
Wo kann man den Laden? (Zuhause:-)
Brennt der leicht? (Nein, Benzin und Diesel brennen viel besser!)
Die Batterie geht sicher schnell kaputt! (Bisher weniger als 0,2% Kapazitätsverlust)

Am besten sind natürlich die Probefahrten, das Auto voll gepackt, im Kofferraum haben ja noch zwei Kinder Platz und los geht's es. Für Viele eine noch nie erlebte Beschleunigung und ein leises Fahren ohne Brummen. Inzwischen fahren drei meiner engeren Bekannten einen Tesla.

Wertverlust und Wirtschaftlichkeit

Der Tesla, in der Ausstattung, die ich habe, hat neu 97.000 Euro gekostet. Suche ich bei Autoscout24, sehe ich, dass das Auto immer noch deutlich über 90.000 Euro wert ist. Für ein Auto dieser Kategorie ein sehr ungewöhnlich geringer Wertverlust!

Bedenke ich die eingesparten Treibstoffkosten, etwa 3000€, die Steuerfreiheit und die niedrige Vollkaskotarif (800€/Jahr) dann ist das bei dem niedrigen Zinssatz ein sehr günstiges Auto.

Sollten Sie einen Tesla kaufen, können Sie mit diesem Code einen 100€ Gutschein zum Laden erhalten. http://ts.la/eduard8606 (Ich gebe den Link so weiter, ohne dafür bezahlt zu werden!)

Meine Beträge über Elektroautos

Meine ersten Erfahrungen mit dem Tesla
Das Problem der Autoindustrie mit dem Batterieauto

Wie viel Speicher brauchen wir?

Energiewende braucht Speicher

Die weltweite Energiewende ist im vollen Gang. Im letzem Jahr, 2015, wurde mehr regenerative Kraftwerkskapazität, Wind, Sonne, installiert, als alle Kohle, Erdgas und Kernkraftwerke zusammen. Allerdings mit einem kleinen Schönheitsfehler, die installierte Leistung produziert nicht Nachts oder bei Windstille, das bedeutet, für eine Vollversorgung benötigt man noch Energiespeicher. 

Wie gross der Speicherbedarf ist, kann man nicht eindeutig bestimmt werden, da er von vielen Faktoren abhängt. In diesen Blogbeitrag will ich aber eine globale Abschätzung des Speicherbedarfs festhalten.

Die globale Energiewende

Zunächst sei darauf hingewiesen, dass ich hier nicht die Situation in Deutschland beschreibe, sondern die globale Situation. Das ergibt Sinn, da nur global die Probleme von Peak Oil oder das CO2 Problem gelöst werden können. Umso erfreulicher ist es, dass etwa in 2016 fast doppelt so viel Photovoltaik (PV), 70 GW, installiert wird, wie in Deutschland installiert ist. Und Deutschland ist mit 40 GW zweiter hinter China in der Liste der PV Installationen. Es sei darauf hingewiesen, dass ich hier nur den Stromverbrauch betrachte, längerfristig wird alle Energienutzung auf Strom umgestellt, was nochmals zu einer Verdopplung aller vorgestellten Zahlen führen dürfte.

Die Entwicklung der globalen Energiewende kann man verstehen, wenn man die Entwicklung der letzten 25 Jahre aufzeichnet:

Entwicklung des Energieverbrauchs und der Installation von Erneuerbaren Energiequellen,
Grafik eigene Darstellung, Daten von BP.

Zunächst sieht man, dass der Strombedarf in der logarithmischen Darstellung konstant wächst, um etwa 3% pro Jahr. Der Zubau von Wind- und Solarkraftwerken aber mit 22% was dazu führt, dass ca. 2025 weltweit so viel PV und Wind installiert ist, wie konventionelle Kraftwerke. Eine Situation, die in Deutschland schon erreicht ist!

Die produzierte Strommenge reicht aber erst, um das Jahr 2030 aus um den gesamten Bedarf Strombedarf der Welt zu decken, immer vorausgesetzt, dass der Zubau weiter wächst. Die Deckung des gesamten Strombedarfs kann man aber nur erreichen, wenn ausreichend Speicher vorhanden sind und das wird in nächsten Jahrzehnt das ganz große Thema.

Einflüsse auf den Speicherbedarf

Den größten Einfluss auf den Speicherbedarf hat das Stromnetz. Das liegt daran, dass man mit dem Stromnetz den Strom optimal vom Erzeuger zum Verbraucher transportieren kann. Scheint etwa in Süddeutschland die Sonne, kann man den PV Strom in den Norden transportieren, umgekehrt, weht im Norden der Wind, kann man den Windstrom über die gleichen Leitungen in den Süden transportieren.

Dies habe ich bereits in einem früheren Blogbeitrag "Stromleitungen als Energiespeicher" genauer betrachtet.

Es gibt daher einen Wettbewerb zwischen Speicher und Leitungen.

Das Optimum zwischen Netzkosten und Speicherkosten muss gefunden werden

Theoretisch könnte man eine Leitung um die Erde legen und daran alle Solarkraftwerke anschließen. Es wäre immer Strom ohne Speicher verfügbar, da immer irgendwo die Sonne scheint. Allerdings ist das sehr teuer und auch der Transport über sehr große Strecken führt zu Verlusten in der Leitung. Alternativ kann man sich einen Speicher in den Keller stellen, der über ein halbes Jahr die Solarenergie sammelt und dann käme man völlig ohne Leitung aus. Dieser Speicher müsste pro Person etwa 1000 kWh speichern können, bei aktuellen Preisen von 1000€/kWh für private Batteriespeicher zahlt man dann pro Person eine Million für den Speicher, nicht ökonomisch darstellbar, wie man so schön sagt.

Genauere Rechnungen, wie sie etwa von J. Tambke und L. Bremen [1] durchgeführt wurden, zeigen, dass bei einem optimalen Netzausbau in Deutschland und vollständiger Umstellung auf Wind- und Solarenergie die Energie "nur" für eine Woche gespeichert werden muss. Bei einer "Kupferplatte" über ganz Europa benötigt man sogar nur zwei Tage Speicherkapazität.

Sieht man sich die Weltkarte an, so wird allerdings schnell klar, dass weitreichende Stromnetze nicht überall auf Zustimmung stoßen werden. Stromleitungen sind eine empfindliche Infrastruktur und wer will schon, dass der Strom durch Krisenregionen geleitet wird, was bedeuten kann, dass plötzlich die Leitung ausfällt. Es gibt da Historisch leider einige Beispiele.

Weitere Optimierungsmöglichkeiten

Weitere Faktoren auf den Speicherbedarf stellen die Verbraucher dar. Würden alle Verbraucher genau dann die Energie abrufen, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht, wären überhaupt keine Speicher erforderlich. Aber da sehr viele Verbraucher nur aufwendig flexibler werden können, so will etwa niemand nur dann mit dem Zug fahren, wenn gerade die Sonne scheint, muss man immer mit einer gewissen Grundlast rechnen. Dabei sein angemerkt, dass nur 40% des Stromverbrauchs in Haushalten stattfindet, der Rest teilt sich auf Industrie, Gewerbe und öffentliche Einrichtungen auf.

Wichtige Einflussfaktoren für den Speicherbedarf, eigene Darstellung.

Auch das Smart Grid, zeitweise stark beworben kann nur etwa 10% des Verbrauchs verschieben, siehe Blogbeitrag "Das Märchen vom Smartgrid". Und trotzdem kann man den Bedarf natürlich optimieren, warum sollte ein chemischer Reaktor auf voller Leistung laufen, wenn gerade der Strom knapp und damit auch teuer ist? Ich gehe optimistisch davon aus, dass etwa 50% des Speicherbedarfs durch optimale Steuerung aller Verbraucher vermieden werden kann.

Speicherbedarf im Jahr 2030

Im Jahr 2030 wird bei kontinuierlichem Wachstum etwa ein globaler Stromverbrauch von 5.000 GW vorhanden sein. Geht man von einer sehr guten Vernetzung aus, das bedeutet, Regionen von der Größe Europas können fast perfekt den Strom austauschen benötigt man zwei Tage Speicherkapazität. Berücksichtigt man dann noch, das 50% des Speicherbedarfs durch optimale Steuerung eingespart werden, muss man Speicher haben, die eine Kapazität von einem Verbrauchstag speichern können. Bei 5.000 GW Strombedarf und 24 h Speicherbedarf ist das eine Kapazität von 120.000 GWh

Weltweiter Speicherbedarf in 2030: 120.000 GWh.

Diese Speicherkapazität ist gewaltig, daher soll sie in Relation zu bekannten Speichern gesetzt werden. In Deutschland gibt es Pumpspeicher mit einer Kapazität von 40 GWh. Das ist weniger als 0,03% des globalen Speicherbedarfs, dabei hat Deutschland noch ein gut ausgebautes Pumpspeichersystem. Will man die Speicherkapazität mit Batterien aufbauen und nutzt dazu die Gigafactory von Elon Musk in Nevada, die nach Fertigstellung etwa 50 GWh Batterie-Kapazität im Jahr produziert, benötigt man 2.400 Jahre bis ausreichend Batterien produziert sind.

Der Lageenergiespeicher, Gravity Storage [2], kann in einer Standardausführung mit 250 Meter Durchmesser 8 GWh speichern. Das bedeutet man benötigt, davon 15.000 Stück. Oder wenn man die große Version mit 500 Meter Durchmesser wählt, immer noch ca. 1000 Stück. 

Vermutlich wird daher nur ein Teil des Speicherbedarfs über echte Energiespeicher wie Batterien oder Pumpspeicher abgedeckt. Der Rest könnte noch für einige Zeit aus Erdgaskraftwerken kommen oder durch optimales Managen von großen Stauseen. 

Auf jeden Fall wird es einen gewaltigen Markt für Energiespeicher geben!

Quellen:

[1] Jens Tambke, Lueder von Bremen, Länderübergreifender Ausgleich für die Integration Erneuerbarer Energien.
[2] Gravity Storage, engineered by Heindl Energy GmbH