Speicher

Direkte Energiespeicherung

• Elektrische Energie

• Thermische Energie

Magnetische Energie

Mechanische Energie

Physikalisch-Chemische Energie

Speicherkapazität

Leistung

Spezifische Energiedichte

Spezifische Leistungsdichte

Wirkungsgrad

Speicherdauer

Selbstentladung

Reaktionszeit

• direkte Speicherung ohne Umwandlung

• Speicherung in einem Elektrsichen feld mithilfe eines Superkondensators

• Speicherfähigkeit basiert auf zwei ergänzende Speicherprinzipen

1. Doppelschichtkapazität

elektrische Energie durch Ladungstrennung gespeichert; Spannung führt zu Elektronen übergang negativ Pol; positiver ol bildet mit hydratisierten Elektroden diffuse Doppelschicht

1. Pseudokapazität

nicht geladenen Molekühle setzen sich im Elektrolyt durch van-der-Waals-Kräfte an Elektroden an

Wirkungsgrad: 95-99% kleinem Speichermengen

geringe reaktionszeit

hohe Fortschritte aber kein schnellen Eingang auf Strommarkt zu erwarten

erhöhte Verluste durch Speicherung: beim ladungsvorgang elektrisches Feld aufgebaut, nach ladevorgang entsteht Stromfluss-> führt zur selbstentladung und abbau elektrischen Energie-> Verluste elektrischem Strom

Speicherung Wärme

Wäremtransport aufgrund von Temperaturdifferenzen

entstehen temperaturverluste beim beladen und auch entladen -> durch Wärmedämmung reduzierbar

Unterscheidung zwischen:

• Sensibler Wärme speicherung

• Latenter Wärmespeicherung

Verbreitestes Konzept: Speicherung von erwärmten Wasser in isolierten Speichertanks

Peicherung in unterschiedlichen Temperatur bereichen:

• oberhalb Umgebungstemperatur (Warmwasserspeicher)

• unterhalb Umgebungstemperatur (Kältespeicher)

• Niedertemperaturbereich knapp unter 100°C

• Hochtemperaturbereich

Hochtemperaturspeicherung entwerder über flüssige Medien wie Salzschmelze oder sensiblen Feststoffspeichern

Speicherverluste Niedertemperatur bereich 5-15%,

niedriger Wirkungsgrad von 100%-30% abhängig Speichungsdauer (100%= Minuten, 30% Woche )

geringe Kosten

Gewinnen immer mehr an Bedeutung in der Produktion

Energie im Phasenwechel eines mediums gespeichert

bei einbringung Energie wird Aggregatzustand Medium verändert

Als Esspeicher oder Phase Change Materials (PCM) umsetzbar

Eigenschaften: hohe spezifische Energiedichte, verlustärmer, Wirkungsgrad 100-80%, lange reaktionszeiten

Eisspeicher:

• Speichermedium Wasser

• wasser wird über Tag gekühlt und gefriert in der NAcht

• am Tag wird gefrorenen Wasser zur Kühlung genutzt

• nur Niedertemperatur bereich

PCM:

• Phasenwechel material wird in Gebäude eingebracht

• bei hohen/ geringen Temperaturen schmilzt/erstarrt Material

• Nutzung Abkühlung/erwärmung

elektrische Energie wird durch elektromagnetische Wandler in Spule als magnetisches Feld gespeichert

zur rückgewinnung magnetische Feld in der Spule durch Wandler zurücktransformiert

für geringe Verluste Spule aus supraleitendem Material + dauerhaft auf Temperatur unterhalb Sprungtemperatur gekühlt werden ->dauerhafte Energienachfrage

Tieftemperaturbereich kühlt mit Helium -> anspruchsvoll

Hochtemperaturbereich kühlt mit flüssigem Stickstoff -> einfacher, aber bau Hochtemperatur aufwendiger

sehr hoher technischer Aufwand -> geriger gebrauch

geringe Verluste

Wirkungsgrad: 90-95% als Kurzzeitspeicher

hohe Leistungsdichte

geringe Speicherkapazität

speicherung als potenzielle oder kinetische Energie

Speicherung durch elektromechanische Wandlung

3 Arten:

1. durch Bewegungsenergie (Schwunggradspeicher)

2. durch potenzielle Energie (Pumpspeicher)

3. durch Druckspeicher (CAES)

Elektromototr beleunigt Rotor in einem Vakuum. wird elektrische energie benötigt wandelt generator kinetische Rotationsenergie zurück in elektrsiche enrgie

sher hohe selbstentladung -> Verluste

nicht konkurenz fähig mit andern, seltener Gebrauch

Wirkungsgrad 95% kurzzeit Speicherung

Geringe Speicherkapazität

wie Wasserkraft

wasser-> Turbine-> generator- elektrische Energie

Eigenschaften:

Wirkungsgrad 75-82%

Reaktionszwei: Minuten

geringe Selbstentladung

bedeutenster Speicher

Nachteile: benötigte Infrastruktur, stark ausgebaut

Elektromotoren komprimieren Umgebungsluft und speichern sie in unterirdischen Kavernen oder Drucktanks. Bei Strombedarf treibt die expandierende Luft über Turbinen Generatoren an.

Diabat: Krompressionswrme wird abgeführt, bei entladung ausgleich mit fossilen Brennstoffen nötig.

Adiabat: Krompressionswäre wird in Wärmespeichern gelagert

Wirkungsgrad diabat: kleiner 55%

Wirkungsgrad adiabat: 70%

reaktionszeiten 3-10 Minuten

erhöhter CO2-Verbrauch,

adiabate Systeme bisher nur forschungsebene

hohe Investitionskosten

Speicherung durch chemische Bindungsenergie

veränderung der Stofflichen Zusammensetzung- enttehen neue chemische Verbindungen

entstehung hochenergetische Verbindungen durch chemische Reaktionen, durch Oxidation wieder umgewandelt

Vier Arten:

• Sorptionsenergie

• Verbindungen unterschiedlicher Energieniveaus

• Oxid-> elementare Reinstoffe

• Power to Gas, Power to Liquid, Ammoniak

Energie (oft in Form von Wärme oder Kälte) wird durch die Anlagerung von Molekülen an eine poröse Oberfläche gespeichert. Dies geschieht durch physikalische Kräfte (Physisorption-> Van-der-Waals-Kräfte) oder chemische Bindungen (Chemisorption), wobei die freigesetzte oder aufgenommene Bindungsenergie genutzt wird.

geringe Selbstentladung,

Langzeitspeicherung

Wirkungsgrad 60%

es kommt zur thermochemischen Wandlung: Beim beladen kommt es zur endothermen Reaktion, beim entladen zur exothermen reaktion

Energie nicht als Temperatur gespeichert sondern in getrennten Reaktionspartnern

kann über monate gespeichert werden

ein Akku speichert elektrische Energie chemisch und wandelt diese bei Bedarf wieder in Strom um

Galvanische Zelle: Redoxreaktion erzeugt höher energetische Verbindungen, Rückreaktion setzt Strom frei

Wirkungsgrad: 70-97%

Unterschidlichste Ausführungen:

Lithium-Ionen, Blei-Säuren, Nickel-Metallhydrid, Natrim-Schwefel, Redox-Flow

Wasser wird mithilfe der elektrischen Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, Energie wird in Wasserstoff gespeichert, der wiederrum in Druckgasspeicher, Flüssiggasspeicher, Kyro-komprimiert oder materialgebunden gespeichert wird

wird energie benötigt, werden sauerstoff und wasserstoff zusammengebracht, reagieren wieder zu wasser und energie wird freigesetzt. Energie wird in einer Brennstoffzelle oder Verbrennung in Gasturbine oder Motor genutzt

Elektrolyse Wirkungsgrad: 60-90%

Brennstoffzelle Wirkungsgrad: 40%

Gastrubine Wirkungsgrad: 45%

überschüdssige elektrische Energie wird in Wasserstoff umgewandelt, danach reagiert Wasserstoff mit weiteren Stoffen, sodass energieträchtige Gase oder Flüssigkeiten entstehen: Methan, Methanol, Ammoniak

Soffe nachher wieder genutzt: Verbrennung gasturbine, Nutzung Kraftwerke, Verwendung als Kraftstoff

Wirkungsgrade:

Methan: 54%

Methanol: 50%

strom-Gas-Strom; Strom-Flüssigkeit-Strom 30-40%

Thermoelektrisches Speichersystem

- Ladevorgang durch elektrische Heizung, Erwärmung von thermischen Speichern mit Gestein oder flüssigem Salz auf Temperaturen von bis zu 500°C

- Während des Entladevorgangs wird die Wärme zur Erzeugung von Dampf genutzt, der in einer Turbine expandiert und so elektrische Energie erzeugt

Höchste Leistung bei langer Speicherkapazität: Synthesegas Methan, Wasserstoffspeicher und Pumpspeicher

lange speichedauer mit hohem Wirkungsgrad: Pumpspeicherwerke, PCM

lange Speicherdauer mit geringerem Wirkungsgrad: Sensible Wärme, Wasserstoff, Synthese gas Methan