Vorlesung 2 Mechanische Energiespeicher

Mittels elektrischer Energie versetzt der Motor das Schwungrad in Rotation bzw. erhöht dessen Rotationsgeschwindigkeit

Kinetische Energie der rotierenden Masse. Reibungsverluste („Selbstentladung“) am Lager und evtl. Gasreibung

Elektrische Energie wird im Generator erzeugt, wodurch das Schwungrad verlangsamt wird bzw. bis zum Stillstand kommt

Minuten-, Sekundenspeicher

mechanische Energiespeicher

82-90%

Elektrische Energie wird im Generator erzeugt, wodurch das Schwungrad verlangsamt wird bzw. bis zum Stillstand kommt

Hauptsächlich Verluste beim Schwungrad durch Lagerreibung, Reibung an Luft

• Schwungrad möglichst im Vakuum

• möglichst magnetisch gelagert

• Ein Nachteil ist die Selbstentladung (3- 20 % pro Stunde), die durch Luftreibung und Verluste des Lagers entstehen.

• Die Selbstentladung bleibt das größte Problem bei

  Schwungradmassenspeichern, daher zumeist nur als Kurzzeitspeicher

Elektrisch angetriebene Pumpen befördern Wasser aus dem Unterbecken in das höhergelegene Oberbecken

Wasser wird im höhergelegenen Oberbecken gespeichert

Wasser aus dem Ober- becken strömt durch Turbinen, die mittels Generator Strom erzeugen, in das Unterbecken

70-85%

• Pelton Turbine

• Francis Turbine

• Kaplan Turbine

• Hohe Fallhöhe und geringer Volumenstrom

• Hoher Verschleiß (Sand, Wassergeschwindigkeit)

• keine Pumpmöglichkeit

• Häufigste eingesetzte Turbine

• Mittlere, Fallhöhe

• Nicht für schwankende Fallhöhe geeignet

• Pumpmöglichkeit

• Ideal für niedrige bis sehr niedrige Fallhöhen

• Schaufelverstellung für schwankende Volumenströme

• Häufigst für Flusskraftwerke

• Unterbrechung der Fischwanderung

• Die Entwässerung von Tiefenwasser führt zu einer Anreicherung des Unterwassers mit kaltem, sauerstofffreiem Wasser

• Jedes Reservoir wirkt als Sedimentfalle ⇨ Verlandung des Sees

• Anpassungsschwierigkeiten von Fauna und Flora an schwankende Wasserstände

• „Nimby – Not in my backyard“

• Tourismus, ökologische Nutzung und energetische Nutzung eines Gewässers widersprechen sich meist

Elektrisch angetriebener Kompressor verdichtet Umgebungsluft. Anfallende Kompressionswärme wird an Umgebung abgegeben oder gespeichert

Druckluft wird bspw. in Salzkavernen gespeichert ggf. zus. thermischer Speicher zur Zwischen- speicherung der Wärme

Druckluft treibt Expansionsmaschine an Luft muss vor Expansion vorgewärmt werden (wg. Vereisung/Kondensation)

Diabate CAES (Druckluftspeicherkraftwerke)

• Bei Verdichtung anfallende Wärme wird an die Umgebung abgeführt (diabat)

• Druckluft muss vor der Entspannung mit von außen zugeführter thermischer Energie (üblich Erdgas) vorgewärmt werden (diabat)

• evtl. Rekuperation im Ausspeicherstrang zur Effizienzsteigerung möglich (Huntorf vs. McIntosh)

Adiabates Druckluftspeicherkraftwerk

• Bei Verdichtung anfallende Wärme wird im System gehalten und in einem Wärmespeicher (TES) gespeichert (adiabat)

• Vorwärmung der Druckluft erfolgt mittels der im System gespeicherten thermischen Energie aus dem TES (adiabat)

• Aufgrund von Irreversibilitäten(nicht-isentroper Verdichtung) fällt bei der Einspeicherung mehr Wärme an, als bei der Ausspeicherung benötigt wird.

Herausforderungen bei hohen

Prozesstemperaturen

• Verdichter nicht verfügbar, Entwicklung notwendig

• Hochtemperaturwärmespeicher ist gleichzeitig hohen Temperaturen und hohen Druckbelastungen ausgesetzt

• Teure Werkstoffe nötig

• Anfahrdauer >10min.

Umsetzung

• Wassereinspritzung

• Schaumverdichtung

Liquid Air Energy Storage (LAES)

Verflüssigte Luft...

... hat eine sehr hohe Speicherdichte (ca. 120 kWh/m3)

... einen Systemwirkungsgrad von 50-65%

... kann in isolierten Tanks drucklos gelagert werden

... hat Stand-by Verluste durch „boil-off“-Effekt