Was ist ein Primärer Energiespeicher?
Energiespeicher, die nicht entladen werden können.
Fossile Energieträger
Primär-Batterien
Was sind sekundäre Energiespeicher?
Energiespeicher, die mehrfach geladen und entladen werden können.
Akkulmulatoren
Flywheels
Was sind tertiäre Energiespeicher?
Energiespeicher, die mehrfach geladen und entladen werden können, aber die Energiespeicherung findet außerhalb des eigentlichen Speichers statt.
Brennstoffzellen - Elektrolyseur
Redox-Flow-Batterie
Was ist ein Speicher?
Anlage zur Bevorratung, Lagerung und Aufbewahrung von Gütern.
Was ist ein Energiespeicher?
Eine energietechnische Anlage, welche die drei folgenden Prozesse beinhaltet:
Einspeichern (Laden)
Speichern
Ausspeichern (Entladen)
Was ist ein Energieträger?
Ein Stoff, der Energie gespeichert hat. Er befindet sich in der Speichereinheit eines Energiespeichers.
Wie können Einspeicher-, Speicher-, und Ausspeicher-Einheit realisiert sein?
in einem Aggretgat
in mehreren Aggregaten an einem Ort
in mehreren Aggregaten an mehreren Orten
Welche Klassifizierungen von Energiespeichern kennen Sie?
Mechanisch
Elektrisch
Elektrochemisch
Chemisch
Thermisch
Was sind Sektorale Energiespeicher?
Energiespeicher, die im selben Energiesektor Ein- und Ausspeichern
Was sind Cross-Sektorale Energiespeicher?
Energiespeicher, die in verschiedenen Energiesektoren Ein- und Ausspeichern
Wie werden Speicher anhand ihrer Speicherdauer klassifiziert?
Langzeitspeicher
Saisonal-, Monats-, Wochenspeicher
Mittelzeitspeicher
Tages-, und Stundenspeicher
Kurzzeitspeicher
Minuten-, Sekundenspeicher
Wie werden Speicher anhand des Nutzens / Einsatzzwecks klassifiziert?
Zeitlicher Aussgleich
Räumlicher Ausgleich
Sektorübergreifender Ausgleich
Zusatznutzen
Wie funktioniert die Einspeicherung bei einem Flywheel?
Mittels elektrischer Energie versetzt der Motor das Schwungrad in Rotation bzw. erhöht dessen Rotationsgeschwindigkeit.
Speicherung bei einem Flywheel
Speicherung = Kinetische Energie der rotierenden Masse.
Es treten Reibungsverluste (Selbstentladung) am Lager und evtl. Gasreibung auf.
Wie funktioniert die Ausspeicherung bei einem Flywheel?
Elektrische Energie wird durch einen Generator erzeugt, wodurch das Schwungrad verlangsamt wird bzw. bis zum Stillstand kommt.
Wie können Flywheels hinsichtlich ihrer Ausspeicherzeit klassifiziert werden?
Kurzzeitspeicher (Sek-Min)
Wie können Flywheels hinsichtlich ihrer Speicherkapazität klassifiziert werden?
1 kWh bis 1 MWh
Wie idt der Wirkungsgrad von Flywheels ungefähr?
80 - 90 %
Wo liegt die volumetrische Energiedichte von Flywheels ungefähr?
Im Mittelfeld ( 20-80 kWh/m3)
Wie kann die Energiespeicherkapazität bei einem Flywheel erhöht werden? (Hohlzylinder)
möglichst schnell drehendes, schweres Schwungrad
großer Außen- und Innendurchmesser
Wie ist die Zugfestigkeit (Flywheels) für isotropes Material?
unabhängig von der Lastrichtung
Wie ist die Zugfestigkeit (Flywheels) für Anisotropes Material?
In Faserrichtung ist die Zugfestigkeit mehr als 20x höher als quer dazu.
Flywheels: Isotrope Materialien
Stahl, Titan
Flywheels: Anisotrope Materialien
GFK
CFK
Flywheels: Warum können Faserverstärkte Kunststoffe im Vergleich zu Metall trotz der geringeren Dichte mehr Energie speichern?
wegen der höheren spezifischen Festigkeit
Flywheels: Wodurch tretet die hauptsächlichen Wirkungsgradverluste auf?
Beim Schwungrad durch Lagerreibung
Reibung an Luft
Flywheel: Was sind die Möglichkeiten um den Wirkungsgrad zu verbessern?
Schwungrad möglichst im Vakuum
möglichst magnetisch gelagert
Flywheels: Wodurch entsteht die Selbstentladung?
(3-20 % pro Stunde)
Luftreibung
Verluste des Lagers
Flywheels: Wodurch kann die Kapazität erhöht werden?
hohe Trägheitsmomente
hohe Geschwindigkeiten
Wo werden Flywheels angewendet?
Sekundenreserve
Überbrückung von Leistungsunterbrechungen
Bereitstellung bzw. Kappung von Lastspitzen
Kurzfristige Speicherung sonst nichtnutzbarer Energie
Wie erfolgt die Einspeicherung in Pumpspeicherkraftwerken?
Elektrisch betriebene Pumpen befördern Wasser aus dem Unterbecken in das höhergelegen Oberbecken
Wie erfolgt die Speicherung in Pumpspeicherkraftwerken?
Wasser wird in höhergelegenen Oberbecken gespeichert
Wie erfolgt die Ausspeicherung in Pumpspeicherkraftwerken?
Wasser aus dem Oberbecken strömt durch Turbinen, die mittels Generator Strom erzeugen, in das Unterbecken.
Wie ist der Wirkungsgrad von Pumpspeicherkraftwerken ungefähr?
70-90 %
Welche Turbinentypen sind in Pumpspeicherkraftwerken am wichtigsten?
Kaplan
Francis
Pelton
Wann werden Pelton Turbinen in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt?
hohe Fallhöhe
geringer Volumenstrom
Wann werden Francis Turbinen in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt?
Mittlere Fallhöhe
nicht für schwankende Fallhöhen geeignet
Wann werden Kaplan Turbinen in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt?
(sehr) niedrige Fallhöhen
Schwankende Volumenströme
Wann erreichen Pelton und Kaplan Turbinen fast ihren maximalen Wirkungsgrad?
Bei 30 % der Durchflussmenge
(Francis 60%)
Wie funktioniert die Einspeicherung bei Druckluftspeicherkraftwerken?
Elektrisch betriebener Kompressor verdichtet Umgebungsluft.
Anfallende Kompressionswärme wird an Umgebung abgegeben oder gespeichert.
Wie funktioniert die Speicherung bei Druckluftspeicherkraftwerken?
Druckluft wird in Salzkavernen
ggf. zus. thermischer Speicher zur Zwischenwärmespeicherung
Wie funktioniert die Ausspeicherung bei Druckluftspeicherkraftwerken?
Druckluft treibt die Expansionsmaschine an
Luft muss vor Expansion vorgewärmt werden (Vereisung/Kondensation)
Wie werden Druckspeicherkraftwerke hinsichtlich ihrer Ausspeicherzeit klassifiziert?
Tages- / Stundenspeicher
Wie ist der Wirkungsgrad von Druckluftspeicherkraftwerken ungefähr?
40-75 %
Welche Arten von Druckluftspeichern kennen Sie?
Komprimierte Luft
Diabat / Adiabat
Isobar
Isotherm
Verflüssigte Luft
Diabate CAEs
Adiabater CAES
Vorteile Isobarer CAES
hohe Energiedichte
Druck in allen Ladezuständen identisch
weniger abhängig von geologischen Vorbedingungen
Nachteile Isobarer CAES
Höhere Kosten, da der Speicher sehr tief gebaut werden müssen
Grundprinzip Isobarer CAES
Der Druck der gespeicherten Luft wird konstant gehalten durch bspw. hydrostatischen Druck (unter Wasser)
Systemstrukturen von Energiespeichern
Kapazitätsbereiche der Anwendungsbereiche
Lokale Anwendung (<100 – 1000 kWh)
Städt. Anwendung (1 MWh bis 10 MWh)
(über)-regionale Anwendung (10 MWh bis 100 MWh)
Nationale Anwendung (>100 MWh)
Anwendungsbereich elektrische Speicher
➢ Kurzzeitspeicher
➢ Geringere Kapazität für lokale Anwendung
Anwendungsbereiche elektrochemische Speicher
Mittlere Kapazität für lokale oder städtische Anwendung
Anwendungsbereich Thermische Speicher
Mittel-, Langzeitspeicher
Anwendungsbereich Mechanische Speicher
Schwungradmassenspeicher
Mittlere Kapazität für lokale Anwendungen
Druckluft- und Pumpwasserspeicherkraftwerke
Hohe Kapazität für regionale/nationale, Anwendung
Anwendungsbereich Chemische Speicher
Langzeitspeicher, Saisonaler Speicher, Kraftstoff
➢ Hohe Kapazität für regionale, nationale Anwendung
Zentrale elektrische
Speicher
Pumpspeicher
Druckluftspeicher
Dezentrale elektrische
Blei-Batterien
Lithium-Batterien
NaS-Batterien
Redox-Flow-Batterien
“Haus“-Batterien
„Virtuelle“ bzw. cross
sektorale-Speicher
Therm. Speicher plus Wärmepumpe
Therm. Speicher plus μKraft-Wärme-Kopplung
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