Energiespeicher

Energiespeicher dienen der Speicherung von Energiezur spteren Nutzung. Ist die Speicherung einer En-ergieform wegen technischer Probleme, ungengenderKapazitt oder Stillstandsverlusten ungnstig, wird sie ineine andere, fr die Speicherung geeignetere, Energie-form umgewandelt und gespeichert. Im Bedarfsfalle wirddie Energie zurckgewandelt. Ein Beispiel ist die Wand-lung chemischer Energie (Brennsto) in thermische En-ergie (Wrme). Sowohl bei der Speicherung als auch beider Energieumwandlung treten immer Verluste auf.

1 Einteilung und bersicht

Fernwrmespeicher des Kraftwerkes Thei mit 50.000 m Inhalt,welcher das Fernwrmenetz Krems speist. Speichervermgen 2GWh je Ladevorgang

Energiespeicher werden nach der gespeicherten (Haupt-)Energieform klassiziert. Oft wird aber beim Auf- oderEntladen des Speichers eine davon abweichende Energie-form verwendet. Beim Akkumulator wird beispielswei-se elektrische Energie zugefhrt; diese wird whrend desAuadens in chemische Energie umgewandelt:

Thermische Energie: Wrmespeicher,Fernwrmespeicher, Thermochemische Wr-mespeicher, Latentwrmespeicher

Chemische Energie: anorganisch: galvanische Zelle (Akkumulator,Batterie), Redox-Flow-Batterie, Wassersto,Batterie-Speicherkraftwerk

organisch: ADP, ATP, AMP, Glykogen,Kohlenhydrate, Fette, Chemische Wasser-stospeicher

Batterieraum

Mechanische Energie: Kinetische Energie (Bewegungsenergie):Schwungrad bzw. Schwungradspeicher

Potentielle Energie (Lageenergie):Feder, Pumpspeicherkraftwerk,Druckluftspeicherkraftwerk,Hubspeicherkraftwerk

Elektrische Energie: Kondensator, SupraleitenderMagnetischer Energiespeicher

Daneben wird der Begri teils auch fr Behlter benutzt,die selbst keine Energie, sondern Brenn- oder Kraftstoeaufnehmen:

Kavernenspeicher fr Rohl, Erdgas und Druckluft Kohlehalde als Lagerort fr Kohle Biogasspeicher, die etwa eine Tagesproduktion einesBiogaskraftwerks zwischenspeichern knnen.

Porenspeicher fr Erdgas Stauseen zur Regulierung des Zuusses frWasserkraftwerk sowie als Speicher frSpeicherkraftwerke

Lagertank und Kraftstotank Adsorptionsspeicher

1

2 3 SPEICHERBEDARF DURCH DIE ENERGIEWENDE

Oft wird auch die Brennstozelle als Energiespeicher be-zeichnet. Sie ist jedoch nur in der Lage, elektrische En-ergie aus chemischen Reaktionen zu gewinnen.

2 Speichern elektrischer EnergieElektrische Energie kann man nur schwer direkt spei-chern (nur in Kondensatoren oder supraleitenden Spu-len). Meist ist es wirtschaftlicher, die Energie in eine an-dere Energieart umzuwandeln und bei Bedarf zurck-zuwandeln. Jede Wandlung ist verlustbehaftet, und derSpeicher kann im Lauf der Zeit selbst Energie verlieren.Die Summe aller Einzelverluste kann erheblich sein unddas Verfahren unwirtschaftlich machen.Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens steht bei En-ergiespeicherung meist im Vordergrund, also dieInvestitions- und Betriebskosten der Anlage und derGesamtwirkungsgrad.[1] Es geht zumindest bei groenAnlagen meist nicht um eine kurzfristige Leistungserh-hung. Bei sehr kleinen Anlagen wie beim Elektronenblitzsteht manchmal die Leistungserhhung im Vordergrund,weil beispielsweise die ursprngliche Energiequelle nichtausreichend Leistung abgeben kann.Die Angaben beziehen sich auf die grten realisiertenAnlagen im Dauerbetrieb.Anmerkungen:

Die Leistungsbeschrnkung bezieht sich in allenFllen darauf, dass die gespeicherte Energie wie-der durch eine Umwandlungselektronik (z. B. ei-nenWechselrichter) in die ursprngliche Art zurckgewandelt werden muss das ist im Regelfall das50-Hz-Netz. Die angegebenen Werte knnen oh-ne diese Rckumwandlung weit bertroen werden,wenn man beispielsweise einen Kondensator odereinen Akkumulator kurzschliet dann kann dieMomentanleistung um den Faktor 10.000 odermehrhher sein als in der Tabelle angegeben. In der Ta-belle geht es aber um Energiespeicher und nicht umLeistungserhhung.

Die angegebenen Lebensdauern sind geschtzteRichtwerte und keine absoluten Grenzwerte. Bei-spielsweise kann ein Schwungrad lange vor Errei-chen der 1-Mio-Grenze ausfallen oder frher ver-schrottet werden. Bei Akkus ist bekannt, dass sie inAusnahmefllen 7000 Zyklen aushalten, im Regel-fall (Autoakku) aber nach 1000 Zyklen ersetzt wer-den mssen.

BeiMethan undWassersto sind fr denWirkungs-grad jeweils die Verdichtung des Gases mit 80 bar(Erdgasleitung) bercksichtigt worden. Der bessereWirkungsgrad bezieht sich hierbei auf die Mglich-keit der Erzeugung von Strom und Wrme (KWK).

3 Speicherbedarf durch die Ener-giewende

Hauptartikel: Energiewende

Durch die Energiewende, die u.a. aus Umwelt- undKlimaschutzgrnden sowie der Endlichkeit der fossi-len Energietrger einen Umstieg von grundlastfhigenkonventionellen Kraftwerken hin zu mehrheitlich uk-tuierenden Erneuerbaren Energien vorsieht, wird sichlangfristig weltweit ein zustzlicher Bedarf an Strom-speichern ergeben. Dabei muss sich auch konomischjeder Speicher gegen die technisch verfgbaren Al-ternativen durchsetzen. Einige dieser Alternativen sindDemand Side Management, Demand Response, zustzli-che Stromleitungen oder die Nutzung von Synergieeek-ten (z.B. die geschickte Kombination von Wasser- undSolar/Windenergie). Whrend bei vergleichsweise nied-rigen Anteilen keine Notwendigkeit fr jedwede Integra-tionsmanahmen besteht, mssen ab der zweiten Pha-se der Energiewende, in der Deutschland mittlerweileangekommen ist, zustzliche Manahmen wie z.B. derAufbau von Smart Grids, der Ausbau der Stromnet-ze, usw. erfolgen. Ab dieser Phase wird dann auch zu-nehmend der Einsatz von Kurzfristspeichern wie z.B.Pumpspeicher- oder Batteriespeichern sinnvoll. Lang-zeitspeicher wie die Power-to-Gas-Technologie werdenhingegen erst notwendig, wenn es im Stromsystem hoheund lngere Stromberschsse gibt, wie sie ab Anteilender erneuerbaren Energien von mindestens 60 bis 70 Pro-zent zu erwarten sind. Auch hier ist es jedoch sinnvoll, zu-nchst das gewonnene Synthesegas nicht rckzuverstro-men, sondern es vorwiegend in anderen Sektoren wie z.B.im Verkehrswesen einzusetzen. Die Rckverstromung isthingegen der letzte Schritt bei der Umstellung des Ener-giesystems hin zu 100 % Erneuerbaren Energien.[23]

Fr Hauseigentmer mit eigener Stromerzeugung durchPhotovoltaik sind seit etwa 2013 dezentrale Strom-speicher wirtschaftlich darstellbar. Nach Angaben desBundesverband Solarwirtschaft sind 2014 die Preise vonBatteriespeichern um 25 % gefallen. Seit Mai 2013frdert die KfW die Installation von Batteriespeicherneinschlielich Anreizen zur Netzstabilisierung. Dadurchstieg die Nachfrage sprunghaft an.[24]

Neben dem Zubau groer Trassen fr die Langstrecken-bertragung verndert sich das Stromsystem der Zu-kunft insbesondere im Bereich des Verteilnetzes, da Er-zeugung, Speicherung und Verbrauch auch hier nahezugleichzeitig erfolgen mssen. Unterschiedliche Schwan-kungsmuster von Photovoltaik (PV), Wind und Strom-verbrauch erfordern zudem Kapazitten fr verschiedenlange Zeitrume. Je nach betrachteter Zeitskala kommenverschiedene Technologien zum Einsatz, wobei sich fol-gende Zeitfenster ausmachen lassen:[25]

Subsekundenbereich bis zu wenigen Minuten (Ein-

3speiseuktuationen); bis zu einem Tag (z. B. Tagesmuster PV); bis zu drei Tagen (Zufallsschwankungen); ein bis zwei Wochen (anhaltende Stark- oderSchwachwindperioden);

saisonaler Ausgleich.

4 Siehe auchPortal: Energie bersicht zu Wikipedia-Inhalten

zum Thema Energie

Dezentrale Stromerzeugung Energiespeicher in Elektroautos Intelligentes Stromnetz (Smart Grid) Ragone-Diagramm das Diagramm der spezi-schen Leistung zur spezischen Energie eines Spei-chermediums

5 Weblinks Forschungsradar Erneuerbare Energien:Metaanalyse zu Bedarf und Entwicklung vonStromspeichern in Deutschland. 2015

Ludwig Einhellig: Stromspeicher als intelligente L-sung fr den deutschen Markt?. In: Energiewirt-schaftliche Tagesfragen Special Online 2012. 29. No-vember 2012. (PDF; 4,73 MB) und Energiewirt-schaftliche Tagesfragen, Ausgabe 7/2012.

Hintergrundpapier Strom speichern der Agenturfr Erneuerbare Energie (PDF; 419 kB)

Achmed A. W. Khammas: Energiespeichern. In:Buch der Synergie. Teil C Energiespeichern undelektrische Mobilitt (Energiespeichern und mobileAnwendungsbereiche der Energiespeicherung, Ge-samtinhalt)

Dirk Uwe Sauer: Optionen zur Speicherung elektri-scher Energie in Energieversorgungssystemen mit re-generativer Stromerzeugung. RWTH Aachen (ber-blick, PDF-Datei; 1,07 MB)

Matthias Popp: Speicher fr sicheren Strom alleinaus Wind und Sonne. Telepolis, 6. April 2011

Uwe Milles: Wrme und Strom speichern. In: BINEbasisEnergie. Nr. 19, 2005.

Das Webportal der Forschungsinitiative Energiespei-cher der Bundesregierung

6 Literatur Peter Birke, Michael Schiemann: Akkumulatoren:Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft elektroche-mischer Energiespeicher. Utz, Mnchen 2013, ISBN978-3-83160-958-1.

Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher Bedarf, Technologien, Integration. Springer, Berlin2014, ISBN 978-3-642-37379-4.

Erich Rummich: Energiespeicher. Grundlagen,Komponenten, Systeme und Anwendungen, Expert,Renningen 2009, ISBN 978-3-8169-2736-5.

7 Einzelnachweise[1] 100 Prozent minus Verluste bei Umwandlung und Spei-

cherung gleich Gesamtwirkungsgrad

[2] Stromspeicher-Technologien im Vergleich, auf energie-verbraucher.de

[3] ywheels (PDF; 1,1 MB) Zugri am 2. Oktober 2010.

[4] solarenergystorage.org, Berechnung nach solarenergysto-rage.org mit Zahlen fr Schwungrad: Annahme: Preis:1200 Euro/kWh, Ladezyklen: 1 Mio., Speichermen-ge (Beispiel, sonst analog): 1 kWh, Wirkungsgrad desSchwungrads: 95 Prozent * 90 Prozent (Selbstentladung),Rechnung: 1000000 Zyklen * 1 kWh = 1 000 000 kWh. 1 000 000 kWh * 0,95 (Wirkungsgrad) * 0,9 (Selbst-entladung) = 855 000 kWh . 855 000 kWh ist die En-ergiemenge, die das angenommene Schwungrad in seinerLebenszeit aufnehmen und wieder abgeben kann. Kostenfr das Schwungrad: 1200 Euro/kWh * 1 kWh = 1200Euro . Preis pro kWh: 1200 Euro / 855 000 kWh = 0,15Cent/kWh . Anmerkung: dies ist jedoch nur gltig, wenndie 1Mio. Ladezyklen auch ausgenutzt werden. Sonst ver-schlechtert sich der Preis entsprechend. Auch wurde ange-nommen, dass die Selbstentladung nur 10 Prozent betrgt.Fr Speicherung lnger als einen Tag ist das Schwungradeher ungeeignet wegen der Selbstentladung.

[5] Florian Strreuther, Rheinisch-Westflische Tech-nische Hochschule Aachen, Fakultt fr Maschi-nenwesen, Institut fr Dampf- und Gasturbinender RWTH Aachen (Hrsg.): Machbarkeitsstudieund Konzept einer stationren Schwungradanlagezur dezentralen, verbraucherorientierten Energie-speicherung. Aachen 14. Mai 1996, Schwungrad-entwicklung in den letzten vierzig Jahren (http://www.oocities.com/infotaxi/schwung-entwcklg.htm,abgerufen am 22. Mai 2010).

[6] Batteries for Large-Scale Stationary Electrical EnergyStorage (PDF; 826 kB), The Electrochemical Society In-terface, 2010, (engl.)

[7] Sony LifePO4-Akku Seite 8: nach 8000 Ladezyklen mit100% DOD 74% Restkapzitt (Anmerkung: Akku kam2009 auf den Markt.) , abgerufen am 6. Februar 2015.

4 7 EINZELNACHWEISE

[8] Stand Anfang 2015, siehe Akkupreise

[9] solarenergystorage.org, Berechnung nach solarenergysto-rage.org mit aktuellen Zahlen: Annahme: LiFePo Akku,Preis: 35 Euro/kWh (s.a. Akkupreise) , Ladezyklen: 8000bei 100 Prozent Entladetiefe, notwendige Speichermengefr einen Haushalt (Beispiel, sonst analog): 5 kWh, Wir-kungsgrad des Akkus: 90 Prozent, Entladungstiefe: 100Prozent, Rechnung: 8000 Zyklen * 5 kWh = 40 000 kWh. 40 000 kWh * 0,9 (Wirkungsgrad) * 1,0 (Entladetie-fe) = 36 000 kWh . 36 000 kWh ist die Energiemenge,die der angenommene Akku in seiner Lebenszeit aufneh-men und wieder abgeben kann. Kosten fr den Akku: 36Euro/kWh * 5 kWh = 176 Euro (eventuell zzgl. Einbau-kosten, Steuerungskosten usw.). Preis pro kWh: 175 Euro/ 36 000 kWh = 0,5 Cent/kWh .

[10] Dominion: Bath County Pumped Storage Station, abgeru-fen am 21. November 2013.

[11] vde.com siehe Bild 4, Tagesspeicherung, eingefgt 13.Mai2014

[12] siehe Kraftwerk Huntorf (Niedersachsen)

[13] siehe Kraftwerk McIntosh (Alabama/USA)

[14] Es gibt weltweit zwei Anlagen (Stand 2011). Eine dritteist in Planung, siehe Druckluftspeicherkraftwerk Stafurt,geplante Fertigstellung 2013.

[15] U.Bnger, W.Weindorf: Brennstozellen - Einsatzmg-lichkeiten fr die dezentrale Energieversorgung. Ludwig-Blkow-Systemtechnik, Ottobrunn 1997.

[16] Gutachten des Fraunhofer IWES zum Thema: Windgas(PDF; 2,1 MB)

[17] Versuchsanlagen zur Speicherung von Wassersto

[18] Technische Eigenschaften von Wassersto

[19] IDW-Online 29. November 2011

[20] DLR Wrmespeicher HOTREG

[21] RWE Power entwickelt Hochtemperatur-Wrmespeicherfr GuD-Kraftwerke

[22] Wrmespeicher

[23] Vgl. Henning et al, Phasen der Transformation des Ener-giesystems. In: Energiewirtschaftliche Tagesfragen 65, Heft1/2, (2015), S. 10-13.

[24] Hannover Messe / BEE: Der positive Beitrag dezentralerStromspeicher fr eine stabile Energieversorgung. Studie,2015, PDF

[25] Ludwig Einhellig und Andreas Eisfelder, Stromspeicherals intelligente Lsung fr den deutschen Markt?, S. 34..In: Energiewirtschaftliche Tagesfragen (2012) Abgerufenam 22. April 2015.

58 Text- und Bildquellen, Autoren und Lizenzen8.1 Text

Energiespeicher Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Energiespeicher?oldid=144640946 Autoren: Aka, DF5GO, Ilja Lorek, Markobr,Geof, Zwobot, J~dewiki, Wolfgang1018, Hadhuey, Wurzeldrei, Jpp, Mike Krger, Famulus, Peter200, Nina, Hardenacke, Ot, IXNAY,Cepheiden, DasBee, 1-1111, Pjacobi, Juesch, Diba, Alberto1stone, Erik Streb, He3nry, Wannabee3, CJa, Windharp, Itti, SimSys, Xorx,Achates, Michal, KaiMartin, W!B:, Sven-steen arndt, Androl, Maradona01, Savin 2005, Schmitty, Munibert, Lpz1976, Gunnar.Kaestle,Bernd vdB, Dplusplus, C Faoil, Guisquil, Mfb, Mion, Etc. gamma, Rfc, Bahnpirat, Towih, Df2qy, Wdwd, Tnjes, Tetris L, Spuk968,Escarbot, Jakob Schulze, Horst Grbner, Sebastian.Dietrich, Dandelo, Herbertweidner, Wega14, Sebbot, USt, Nolispanmo, JOE, Giftmi-scher, Micham6, TXiKiBoT, La Corona, Regi51, Dubbidub, SieBot, Schnulli00, Nikkis, Snoopy1964, PipepBot, Alnilam, Gruendinger,Pittimann, Ambross07, Cymothoa exigua, Kein Einstein, Andi58456, Vigilius, Molgreen, Grumml, Heindl, BisZurWendeplattform, Ul-richulrich, Philipp Wetzlar, Luckas-bot, KamikazeBot, Williwilli, GrouchoBot, Xqbot, Howwi, Acky69, 24karamea, Rr2000, Qniemiec,LucienBOT, Niesbert, Woron, Tbunke, MorbZ-Bot, Meier99, Dermartinrockt, Sunergy, Neun-x, Ne discere cessa!, RonMeier, Mai-Thai,EnergieLabor, WikitanvirBot, Ringwallspeicher, Nirakka, Herr von Quack und zu Bornhft, Krdbot, Andol, 239 DCM, Reactiondesa-batier, Oguenther, Don Bosco, Toms66, Mi-0815, Haeferl, Cqdx, Smallandsimple, Sorbas 48, Akiwa, Rmcharb, Zischdig, DW.DEInsa,WeserStrom, Addbot, HeicoH und Anonyme: 103

8.2 Bilder Datei:Datacenter_Backup_Batteries.jpg Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Datacenter_Backup_

Batteries.jpg Lizenz: CC BY 3.0 Autoren: Eigenes Werk Ursprnglicher Schpfer: Jelson25 Datei:Fernwrmespricher_Theiss.JPG Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Fernw%C3%A4rmespricher_

Theiss.JPG Lizenz: CC BY-SA 3.0 Autoren: eigene Aufnahme Ulrichulrich Ursprnglicher Schpfer: Ulrichulrich Datei:Portal.svg Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Portal.svg Lizenz: CC BY 2.5 Autoren:

Portal.svgUrsprnglicher Schpfer: Portal.svg: Pepetps

8.3 Inhaltslizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0

Einteilung und bersicht Speichern elektrischer Energie Speicherbedarf durch die Energiewende Siehe auch Weblinks Literatur Einzelnachweise Text- und Bildquellen, Autoren und LizenzenTextBilderInhaltslizenz