Speicher aus NRW für die Energiewende - Wibke Brems · 2015-11-04 · SPEICHER AUS NRW FR DIE...

Diskussions- und Vortragsveranstaltung mit Ausstellung

Speicher aus NRW für die Energiewende

Freitag, 30. Oktober 2015 14.30 Uhr bis 20.00 Uhr Landtag NRW, Plenarsaal

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SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE

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Sehr geehrte Damen und Herren, liebe Freundinnen und Freunde,

Sonnen- und Windenergie bilden die Säulen der Energiewende in Deutsch-land und damit unserer zukünftigen Stromversorgung. Sonne und Wind bergen ein gewaltiges Energiepotential, das sie jedoch nicht unbedingt dann entfalten, wenn wir Strom benötigen. Angebot und Nachfrage von Strom in Einklang zu bringen, gehört zu den großen Aufgaben der Energiewende. Hierbei spielen Energiespeicher eine zentrale Rolle.

Wir GRÜNE im Landtag NRW beschäftigen uns intensiv mit diesem Thema. Denn gerade hier in Nordrhein-Westfalen gibt es zahlreiche aktuelle Entwick-lungen und Forschungsprojekte. Forschung und Industrie im traditionsreichen Energie- und Wissenschaftsland NRW haben das Potential und das Know-How, um Speichertechnologien entscheidend voranzubringen.

Ich freue mich deshalb, dass wir in diesem Reader anlässlich der Veranstaltung „Speicher aus NRW für die Energiewende“ nicht nur eine politische Perspektive auf und einen Überblick über Speichertechno-logien bieten, sondern auch auch einige nordrhein-westfälische Projekte in Gastbeiträgen vorstellen. Die Bandbreite der Projekte zeigt, wie vielfältig und verschieden weit entwickelt Speichertechnologien heute sind ist, wo wir in NRW stehen und wo wir durch Forschung noch viel erreichen können.

Ich wünsche interessante Einblicke in „Speicher aus NRW für die Energiewende“ - sowohl bei der Lektüre dieses Readers als auch bei der dazugehörigen Veranstaltung und Ausstellung.

Wibke Brems

Dipl.-Ing. (FH) Wibke Brems MdLSprecherin für Klimaschutz und Energiepolitik Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN im Landtag NRWPlatz des Landtags 1, 40221 DüsseldorfTel.: 0211 - 884 2142 Fax: 0211 - 884 [email protected]

www.wibke-brems.de


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Disclaimer:Die in den Gastbeiträgen vertretenen Ansichten geben ausschließlich die Meinung der Autorin/des Autors wie-der. Als Herausgeberin des Readers übernimmt die GRÜNE Landtagsfraktion NRW keine Gewähr für die Richtig-keit und Vollständigkeit der dargestellten Informationen.

ImpressumFraktion Bündnis 90/Die Grünenim Landtag Nordrhein-WestfalenPlatz des Landtags 1 40221 Düsseldorf Tel.: 0211 - 884 2281 Fax: 0211 - 884 3511 [email protected] www.gruene-fraktion-nrw.de

Texte: Wibke Brems MdL, Katrin Uhlig, Matthias Maier, Christian Wieda

Layout: Bettina TullGrafik S. 6: Layout: Burak Korkmaz / Idee: Wibke Brems


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InhaltVorwort .............................................................................................................................................. 3Nordrhein-Westfalen: Vom Land der Kohle zum Klimaschutzland ....................................................... 6Was sind Energiespeicher und wofür brauchen wir sie? ...................................................................... 9Die Referenten und Referentinnen ................................................................................................... 15

Gastbeiträge:Speicher ermöglichen statt verhindern, Oliver Krischer MdB ......................................................................19Netzwerk Netze und Speicher NRW, EnergieAgentur.NRW .........................................................................20Regenerative Stromversorgung und Flexibilitätsbedarf in Europa 2050, Wuppertal Institut ....................21Aluminiumelektrolyse als ‘Virtuelle Batterie‘, Heribert Hauck – TRIMET Aluminium SE ..............................22Intelligente Haushaltsgeräte als virtuelle Großverbraucher, Universität Paderborn ...................................23Energiespeicher & Netze für Strom, Treibstoff & Wärme – Ein systemübergreifender AnsatzDr. W.A. Benesch, STEAG Energy Services GmbH .............................................................................................24

Innovative Speicher für die Energiewende, ThyssenKrupp ..........................................................................25Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“? Deutsches Institut für Luft und Raumfahrt e.V. (DLR) ............26TESS - Thermischer Stromspeicher für die Energiewende, Prof. Dr.-Ing. Ulf Herrmann .............................27Chemische Wärmespeicherung, Dr. Stefan Peil ............................................................................................28Chemische Wasserstoffspeicherung, Dr. Michael Felderhoff .......................................................................29Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“ Prof. Dr. Klaus Görner, ......................................................30Power To Heat: Gewusst wie!, Dipl.-Ing. Uwe Weber ..................................................................................31h2herten – Versuchsplattform für Energiespeicher, Thorben Müller ...........................................................32Kommunale Kläranlagen als Regelbaustein im Energienetz, Gerd Kolisch, Inka Hobus, Yannick Taudien (alle WiW mbH) ...........................................................................33Biomethanisierung von CO2 und H2 durch methanogene Archaeen, Prof. Dr.-Ing. Isabel Kuperjans .......34where science and industry meet, MEET Universität Münster ......................................................................35Energiespeicherung – ein vielfältiges Thema Cologne Institute for Renewable Energy der Technischen Hochschule Köln ......................................................36Projekt M5BAT - Erprobung stationärer Batteriespeicher, PGS, E.ON, RWTH Aachen ...............................37Energiespeicher-Forschungsprojekte, PEM der RWTH Aachen .....................................................................38DESIREE – Defektspinelle als Hochenergie- und Hochleistungsmaterialien zur elektrochemischen Energiespeicherung ............................................................................................. 39Redox-Flow-Batterien (0,2 - 2 MW) von Fraunhofer UMSICHT, Prof. Dr. Christian Doetsch, Dr. Wilhelm Althaus .............................................................................................40Redox-Flow-Batterien (0,5-6 kW) von Volterion, Thorsten Seipp ..............................................................41STORNETIC – Schwungradenergiespeicher ....................................................................................... 42Stadtwerke planen Speicher für die Zukunft, Nicole Kolster .......................................................................43Pumpspeicherkraftwerke und ihre Rolle für die Energiewende, Michael Moltrecht, RWE Generation, Leiter Wasserkraft ..................................................................................44Nachfolgenutzung von Bergwerksinfrastruktur im Ruhrrevier für untertägige Pumpspeicherwerke, Prof. Dr.-Ing. André Niemann, Universität Duisburg-Essen ...............................................................................45Projektidee Energiespeicher Niederrhein............................................................................................ 46

Liste der ausstellenden Firmen, Institute und Hochschulen ................................................................ 47


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Der Abbau von Kohle brachte mit der Industrialisierung Arbeit und Wohlstand nach Nordrhein-West-falen und machte NRW zum Energie- und Industrieland. Bis heute sind der Kohleabbau und alle damit in Verbindung stehenden Industrien ein bedeutender Faktor in NRW. Braun- und Steinkohle stellen mit einem Anteil von circa 75 Prozent der Stromproduktion den größten Teil des Strommixes an Rhein und Ruhr.

Die Nutzung von Kohle ist jedoch mit erheblichen Auswirkungen auf Menschen, Umwelt und unser Klima verbunden. Daher ist es auch nicht verwunderlich, dass ein Drittel der deutschen Treibhausgase-missionen aus NRW stammen. Auch die Pro-Kopf-Emissionen sind mehr als eineinhalb Mal größer als im Bundesdurchschnitt.

Nordrhein-Westfalen hat folglich eine besondere Verantwortung, dass Deutschland die Klimaschutz-ziele erreichen kann. Und erste Schritte auf dem Weg zum Klimaschutzland sind bereits getan: Die Verabschiedung des deutschlandweit ersten Klimaschutzgesetzes mit verbindlichen Zielen bietet den Rahmen, Erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Energieeinsparung, aber auch ein Umdenken im Be-reich der Mobilität und des Wirtschaftens in NRW weiter voranzubringen. Der Einstieg in den Ausstieg aus der Kohle ist geschafft. Das Ende der Steinkohleförderung Ende 2018 ist in greifbarer Nähe und die erste Verkleinerung eines bereits genehmigten Braunkohletagebaus in der deutschen Geschichte bedeutet einen Sinneswandel im Kohleland NRW. Denn die Erneuerbaren Energien machen einen immer größeren Anteil im deutschen Strommix aus und lassen den Anteil der Kohleverstromung sin-ken. Sonnen- und Windenergie produzieren heute schon im Jahresmittel fast ein Drittel des deutschen Stroms und dieser Anteil wird weiter kontinuierlich ansteigen.

Im Jahr 2013 wurden in NRW bereits 15.900 Millionen kWh Strom aus Erneuerbaren Energien er-zeugt. Dies entspricht knapp zehn Prozent des Stromverbrauchs im Land. Die rot-grüne Landesregie-rung plant, bis 2025 den Anteil des Stroms aus Erneuerbaren Energien auf mehr als 30 Prozent auszu-weiten. Insbesondere die Potentiale der Windenergie sind entscheidend.

100 Prozent Erneuerbar: Ohne Speicher geht es nicht!

Stromerzeugung und Stromverbrauch müssen zu jedem Zeitpunkt gleich groß sein, damit die Strom-versorgung funktioniert. Oder bildlich ausgedrückt: Erzeugung und Verbrauch müssen wie bei einer Waage im Gleichgewicht stehen. Als die Stromversorgung ausschließlich auf fossilen Kraftwerken basierte, wurde die Erzeugung am Verbrauch ausgerichtet. „Träge“ Atom- oder Kohlekraftwerke wurden nach dem tagestypischen Verlauf des Strom-verbrauchs gefahren. Eine Mischung aus schnell zu- und abschaltbaren Pumpspeicherkraftwerken und Gas-kraftwerken sorgte für den Ausgleich, wenn der Stromverbrauch sich inner-halb kurzer Zeit drastisch änderte.

Speicher in NRW

Nordrhein-Westfalen: Vom Land der Kohle zum Klimaschutzland


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Für eine Stromversorgung, die mehr und mehr auf Erneuerbaren Energien basiert, ist eine neue Denk-weise erforderlich. Denn nun wird Strom nicht mehr automatisch entsprechend der Nachfrage produ-ziert, sondern abhängig von den Wetterbedingungen. Eine Stromproduktion aus Erneuerbaren Ener-gien – vor allem Sonne und Wind – wird daher immer abhängig vom Wetter schwanken. Daher liegt die Herausforderung innerhalb des neuen Stromsystems darin, Strombereitstellung und -nachfrage dennoch im Einklang zu halten. Für dieses Energiesystem der Zukunft sind drei Faktoren entscheidend:

• Ein gutes Netz, in dem sich die regional unterschiedliche Erzeugung aus Erneuerbaren Energien sowie Erzeugung und Verbrauch ausgleichen können.

• Lastmanagement, das vor allem in der Industrie mit ihrem großen Verbrauch dafür sorgt, dass sich dieser flexibel der fluktuierenden Erzeugung anpassen kann.

• Speicher, die Energie aufnehmen und wieder abgeben und somit Schwankungen in der Erzeugung über den Ausgleich über ein gutes Netz und Lastmanagement hinaus ausgleichen können.

Mithilfe von Speichern kann Energie zwischengelagert werden, wenn die Wetterverhältnisse eine hohe Produktion ermöglichen und die Nachfrage geringer ist als die Produktion. Gleichermaßen können die Speicher dann diese Energie wieder abgeben, wenn die Nachfrage die Energieproduktion übersteigt. So können die Schwankungen in der Energieproduktion ausgeglichen werden und Versor-gungssicherheit ist weiterhin gewährleistet.

Es sind unterschiedliche Speicher notwendig, da einerseits kurzfristig, beispielsweise Photovoltaikstrom von der Mittags- bis zur Abendzeit, gespeichert werden muss, andererseits auch mehrtägige Wind-flauten ausgeglichen werden müssen. Für kurzfristige Stromspeicherung sind Pumpspeicher und intel-ligente Fernsteuerung von Batteriesystemen möglich. Als langfristiger Speicher ist beispielsweise das so genannte Power-to-Gas-Verfahren denkbar. Dabei wird mit dem überschüssigen Strom zunächst Wasserstoff und in einem weiteren Schritt ggf. Erdgas hergestellt. Dies kann ins vorhandene Erdgas-netz eingespeist und entweder zu Zeiten mit geringerer Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in Gaskraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt werden oder direkt der Wärmeerzeugung dienen.

Der Speicherbedarf wird sich in den nächsten Jahren besonders deshalb erhöhen, weil die zwei Säu-len der Energiewende in Deutschland, auch in Nordrhein-Westfalen, Wind- und Sonnenenergie sind. Schon heute gibt es verschiedene Ansätze für Speicherlösungen in Forschung und Praxis. Durch einen ganzheitlichen Ansatz können verschiedene Speicher und Ausgleichsmechanismen miteinander ver-zahnt und somit zusätzliche Potentiale gehoben werden. Denn in einem klimafreundlichen Energiesys-tem der Zukunft müssen neben den heute bereits vielfältig diskutierten Ansätzen im Strombereich auch Konzepte für den Wärme- und Mobilitätsbereich berücksichtigt werden. Hier ist zum Beispiel die Rolle der Elektromobilität wichtig. Diese wird zum einen den Bedarf an Speichertechnologien weiter steigern, aber auch die Anforderungen an diese verändern. Die Entwicklung von effizienten Speicher-technologien mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen ist deshalb für das Gelingen der Energiewen-de und die Entwicklung von alternativen Verkehrsmodellen ebenso wichtig wie die Frage der Integra-tion der Speicher in das Energiesystem selbst. Wann, wo und welche Speicher genutzt werden, muss bei den Überlegungen zum Stromsystem der Zukunft ebenso berücksichtigt werden.

Den Wandel als Chance begreifen und für NRW gestalten

NRW wird sich wandeln, seine traditionellen Stärken nutzen und seine energietechnische Expertise in den Umbau der Stromversorgung einbringen müssen. Denn nur an dem festzuhalten, was Nord-rhein-Westfalen als Industrie- und Energieland groß gemacht hat, wird dazu führen, dass NRW im Wandel des Strom- und Energiesystems zurückbleibt und Strukturbrüche entstehen, weil Chancen und Entwicklungen verpasst werden. Stattdessen ist es wichtig, dass NRW weiterhin gezielt seine


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Kompetenzen im Bereich der Energieversorgung, der Industrie, der Wirtschaft und der Wissenschaft in die Gestaltung des Stromsystems einbringt und die Chancen aufgreift, die Lastmanagement, Spei-cher-, Einsparungs- und Effizienztechnologien sowie Erneuerbare Energien bieten. Auch im Bereich der Wärmetechnologie sowie der Mobilität bieten sich in NRW große Möglichkeiten für Wirtschaft und Wissenschaft.

Dass NRW mehrere Ballungszentren besitzt, kann zu einem Standortvorteil werden, wenn das Ener-giesystem der Zukunft ganzheitlich begriffen wird. Strom, Wärme und Mobilität müssen gemeinsam gedacht werden. Hier kommen Speicher und Lastmanagement ins Spiel, die die althergebrachten Grenzen zwischen diesen Bereichen aufweichen und verschwimmen lassen und somit auch neue Po-tentiale und Möglichkeiten eröffnen. Nordrhein-Westfalen besitzt ein besonderes Potential für For-schung und Entwicklungen innerhalb solch eines ganzheitlich gedachten Systems.

Antworten auf dem Weg zum Energiesystem der Zukunft

Welche Form der Erneuerbaren Energien und welche Speicherform wird welchen Anteil haben? Wie wird das Stromnetz der Zukunft aussehen? Wie groß ist das Potential von Lastmanagement in Indus-trie und in Privathaushalt? An diesen Fragen forschen viele Institute, Hochschulen, aber auch die Wirt-schaft. Wir wollen uns in diesem Reader mit einer Erläuterung zu den einzelnen Speichertechnologien und mit Gastbeiträgen aus Industrie und Wissenschaft den Antworten annähern.

Dass eine Stromversorgung mit 100 Prozent Erneuerbaren Energien möglich ist, steht außer Frage. Hierfür müssen die richtigen Weichen gestellt und mutig neue Wege beschritten werden. Es darf nicht mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien gewartet werden, bis Netze und Speicher überall zur Verfügung stehen. Vielmehr müssen Speicherförderung ausgebaut und flexible Stromtarife eingeführt werden.

Die Förderung von Speichern sollte anwendungsorientiert sein, damit Marktreife und Marktdurch-dringung in den nächsten Jahren gelingen können. Darüber hinaus würden flexible Stromtarife einen enormen Entwicklungsschub für die eng miteinander verwobenen Bereiche Lastmanagement und Speicher bringen. Strom muss dann billig sein, wenn viel erneuerbarer Strom produziert wird, und dann mehr kosten, wenn wenig Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht. NRW hat für die Energiewende die besten Voraussetzungen, die wir mit gemeinsamen Anstrengungen unterstützen sollten.


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Weil Erneuerbare-Energien-Anlagen nicht immer dann Strom produzieren, wenn er gebraucht wird, brauchen wir in unserem Energiesystem zunehmend Möglichkeiten, Energie für eine spätere Nutzung in Speichern zwischenzulagern. Im Allgemeinen gilt als Energiespeicher alles, was Energie über eine gewisse Zeit mit sich trägt. Häufig wird dazu elektrische Energie in eine andere Energieform, wie zum Beispiel chemische Energie, umgewandelt.

Der Stromverbrauch in unserem Energiesystem ist je nach Tages- und Jahreszeit unterschiedlich. Es gibt Zeiten, in denen wenig Strom benötigt wird, und Zeiten, in denen besonders viel Strom ver-braucht wird. Im Tagesablauf ändert sich der Stromverbrauch stark: Nachts ist er sehr niedrig, da der Großteil der Menschen schläft und somit die meisten Lichter und meisten Geräte ausgeschaltet sind. In Deutschland steigt der Verbrauch beispielsweise durch die Arbeit mit Computern und Maschinen ab morgens kontinuierlich an. Mittags, wenn zusätzlich gekocht wird, ist der Stromverbrauch am höchs-ten. Anschließend nimmt der Stromverbrauch wieder ab, steigt zur Feierabendzeit noch einmal an, bevor er zur Nacht wieder auf den niedrigsten Stand absinkt.

Erneuerbare Energien können unseren Strombedarf zukünftig im Jahresdurchschnitt decken. Die He-rausforderung besteht dabei darin, dass die Erzeugung fluktuiert und nicht unbedingt der jeweiligen momentanen Nachfrage entspricht. Speicher können dazu beitragen, dass hier ein Ausgleich herge-stellt wird und die Waage zwischen Angebot und Nachfrage im Gleichgewicht ist. Batterien, Akkus, aber auch Wasserstoff und Pumpspeicher sind Technologien, die für die Speicherung von Strom zur Verfügung stehen und erforscht werden.

Welche Speichertechnologien gibt es?Es gibt mechanische, thermische, elektrochemische und chemische Speicher. Diese Kategorien um-fassen zahlreiche verschiedene Speichertypen, die alle spezifische Charakteristika aufweisen und sich dementsprechend für verschiedene Anwendungen eignen.

Eine wichtige Eigenschaft eines Speichers ist sein Wirkungsgrad, also das Maß für die Effizienz der Energieumwandlung. Je höher der Wirkungsgrad, desto weniger Energie geht im Umwandlungspro-zess für die spätere Nutzung verloren. Speicherdauer und –menge sind je nach Anwendung unter-schiedlich, aber teilweise auch durch fehlende technische Möglichkeiten und Standortschwierigkeiten begrenzt. Auch die Potentiale der im Folgenden vorgestellten Speichertypen sind sehr unterschiedlich. Einige Speichertechnologien sind bereits etabliert, wohingegen sich viele Technologien noch im For-schungsstadium befinden, oder erst seit Kurzem auf dem Markt sind.

Mechanische Speicher

Pumpspeicherkraftwerke spielen wegen ihrer hohen Speicherkapazität eine wichtige Rolle. Die Funk-tionsweise ist simpel und wird bereits seit über hundert Jahren genutzt. Ist die Stromnachfrage gering, wird Wasser von einem Unterbecken in ein Oberbecken gepumpt. Es besitzt dort eine erhöhte Lagee-nergie, die von der Masse des Wassers und dem Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterbecken abhängt. Als Lageenergie wird die Energie eines Körpers bezeichnet, die durch dessen räumliche Posi-tion bestimmt wird. Die Erdgravitation und der Höhenunterschied zwischen Ausgangs- und Endpunkt des Körpers (in diesem Fall zwischen Ober- und Unterbecken) wirken sich auf den Energiegehalt eines Körpers aus. Elektrische Energie (Strom) wird somit in Form von Lageenergie gespeichert. Wird mehr

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Was sind Energiespeicher und wofür brauchen wir sie?


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Strom verbraucht als produziert, kann das Speichermedium Wasser durch einen Druckschacht wieder in das Unterbecken geleitet werden. Dabei treibt es Turbinen an, die mithilfe eines Generators die Lageenergie in Strom umwandeln. Pumpspeicherkraftwerke werden aktuell in Deutschland eingesetzt, um nachts nicht nachgefragte Energie zu speichern und damit Spitzenzeiten am Tag aufzufangen. Außerdem eignen sich Pumpspei-cher dafür, bei Stromausfällen das Stromnetz wieder aufzubauen, da für ihren Betrieb keine externe Energiequelle benötigt wird. Die Technologie gilt als ausgereift und der Wirkungsgrad ist mit 65 bis 85 Prozent vergleichswei-se hoch. Die speziellen topografischen Voraussetzungen (große Flächen mit einem ausreichenden Höhenunterschied) lassen in Deutschland nur wenige nutzbare Standorte zu, ein starker Ausbau ist folglich nicht zu erwarten. Entwicklungspotential ist bei bestehenden Anlagen zum Beispiel durch den Bau zusätzlicher Turbinen und Röhren möglich. Darüber hinaus wird die Nutzung alter Bergwerke als Pumpspeicherkraftwerke wissenschaftlich untersucht.

Wirkungsgrad: 65 bis 85 Prozent Mehr über Pumpspeicherkraftwerke in folgenden Gastbeiträgen: • Stadtwerke planen Speicher für die Zukunft, Trianel (Seite 43),• Pumpspeicherkraftwerke und ihre Rolle für die Energiewende, RWE Generation (Seite 44), • Nachfolgenutzung von Bergbauinfrastruktur im Ruhrrevier für untertägige Pumpspeicherkraftwer-

ke, Universität Duisburg-Essen (Seite 45)

Druckluftspeicher werden im Gegensatz zu Pumpspeichern bisher kaum genutzt. In Deutschland und den USA befinden sich die einzigen beiden Anlagen dieser Art. Ein Druckluftspeicher, auch compres-sed air energy storage (CAES) genannt, speichert Energie mittels Kompressor in Form von verdichteter, gekühlter Luft in einem dichten Behältnis. Diese verdichtete Luft wird bei Bedarf erwärmt und auf Tur-binen geleitet, welche wiederum Strom erzeugen. Die bisher vorhandenen Anlagen speichern Luft in unterirdischen Hohlräumen. Der Wirkungsgrad ist mit 40 und 54 Prozent bei den Anlagen in Deutsch-land und den USA noch recht gering, da der Prozess der Luftkühlung und der Wiedererwärmung viel Energie benötigt. Die Forschung konzentriert sich deshalb zurzeit auf die Entwicklung von wärmedich-ten CAES-Kraftwerken, die die bei der Luftverdichtung entstehende Wärme zwischenspeichern. So soll in Zukunft ein Wirkungsgrad von bis zu 70 Prozent erreicht werden.Wirkungsgrad: 40 und 54 Prozent für die beiden bisher in Betrieb genommenen AnlagenMehr über Druckluftspeicher in NRW in folgendem Gastbeitrag: • Projektidee Energiespeicher Niederrhein, Energiespeicher Niederrhein (Seite 46)

Beim Schwungmassenspeicher versetzt elektrische Energie über einen Elektromotor ein Schwungrad in Rotation. Wenn keine elektrische Energie mehr zur Verfügung steht oder das Schwungrad seine maximale Rotationsgeschwindigkeit erreicht hat, treibt der Elektromotor das Schwungrad nicht weiter an. Das Schwungrad rotiert trotzdem weiter, da die elektrische Energie nun in Form von Rotationse-nergie vorliegt. Dieses Prinzip ist vergleichbar mit dem manuellen Antrieb einer Töpferscheibe. Auch hier dreht sich die Scheibe nach Anschub lange weiter, da die Muskelkraft als Rotationskraft gespei-chert wurde. Anders als bei der Töpferscheibe aber kann bei zusätzlichem Strombedarf die elektrische Energie im Schwungmassenspeicher zurückgewonnen werden. Das noch rotierende Schwungrad treibt dabei einen Generator an, der Strom produziert. Schwungmassenspeicher entladen sich deutlich schneller als andere Speicher. Sie sind deshalb vor allem auf den Einsatz im Sekunden- und Minuten-bereich beschränkt, können aber gerade dadurch effektiv für den Ausgleich von Spannungsschwan-kungen eingesetzt werden. Zudem erreichen sie einen Wirkungsgrad von 80 bis 95 Prozent. Nachteil des Schwungmassenspeichers ist die schnelle Selbstentladung. Um Reibungsverluste zu vermindern, wird derzeit an Gewicht und Größe des Rotors sowie am Material geforscht. Wirkungsgrad: 80 bis 95 Prozent Mehr über Schwungmassenspeicher in folgendem Gastbeitrag: • Stornetic Schwungradenergiespeicher, Stornetic (Seite 42)


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Thermische und thermochemische SpeicherWärmespeicher lassen sich in zwei Unterkategorien unterscheiden: Sensible und Latentwärmespei-cher. Sensible Wärmespeicher sind die häufigsten thermischen Speicher. Sie verändern bei Be- und Entladung die fühlbare Temperatur des eingesetzten Speichermediums, häufig ist dies Wasser. Bei der Beladung wird diesem Speichermedium Wärme zugeführt, bei der Entladung entzogen. Bei dieser Speichertechnologie wird also die Temperaturspanne zur Speicherung genutzt. Anwendung finden solche Speicher häufig im Gebäude- oder Industriebereich, wo Warmwasser- und Dampfspeicher für den Haushalt und als Prozesswärme genutzt werden.

Bei Latentwärmespeichern findet im Gegensatz zu sensiblen Wärmespeichern ein Phasenübergang, also ein Wandel des Aggregatzustandes, statt. Der Aggregatzustand eines Speichermediums kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Beim Kochen von Wasser ändert sich zum Beispiel der Aggregat-zustand des Wassers von flüssig zu gasförmig, Wasserdampf entsteht. Da die Energiezufuhr bei Schmelz- oder Verdampfungsprozessen nicht mit einer höheren Temperatur einhergeht, spricht man von latenter Wärme und nicht von fühlbarer oder sensibler Wärme. Im Vergleich zu sensiblen Wärme-speichern kann die 10- bis 20-fache Energiedichte in einem bestimmten Volumen erreicht und somit mehr Energie im gleichen Volumen gespeichert werden. Viele Latentwärmespeicher haben in den vergangenen Jahren die Marktreife erreicht. Ihre Entwicklung steht allerdings immer noch im Fokus der Forschung, um kompaktere Speicher zu ermöglichen. Der Nachteil von latenten Wärmespeichern gegenüber sensiblen sind die höheren Kosten.Wirkungsgrad: Bis zu 90 Prozent Mehr über Wärmespeicher in folgendem Gastbeitrag: • Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“?, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Seite 26)

Thermochemische Speicher speichern Wärme durch chemische Reaktionen. Wärme wird in chemi-sche Verbindungen umgewandelt. Ein Beispiel für thermochemische Systeme ist der Sorptionsspeicher. Hierfür kommen unter anderem Kieselgele als Speichermedien in Frage. Sie können auf Grund ihrer porösen Struktur und der damit verbundenen großen Oberfläche gut Wärme speichern. Um Wärme zu speichern, muss das Kieselgel durch Wärmezufuhr getrocknet werden, so dass sich Wasserdampf aus ihnen löst. Wird das Kieselgel belüftet, nimmt es Wasserdampf aus der Umgebung auf und lagert sich an der Oberfläche des Kieselgels an. Hierbei wird die gespeicherte Wärme wieder freigesetzt. Thermochemische Speichersysteme haben gegenüber sensiblen und latenten Wärmespeichern die Vorteile einer höheren Speicherkapazität und einen höheren Wirkungsgrad.Wirkungsgrad: Bis zu 90 Prozent Mehr über thermochemische Speicher in folgenden Gastbeiträgen: • Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“?, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Seite 26)• Chemische Wärmespeicherung, IUTA (Seite 28)

Elektrochemische SpeicherDiese Art von Speicher bezeichnet Akkumulatoren (kurz: Akkus) und Batterien. Akkus und Batterien haben spezifische Vor- und Nachteile. So können Akkus wieder aufgeladen werden, haben im Ver-gleich zu Batterien aber eine weitaus größere Selbstentladungsrate, die zu Energieverlusten führt. Bei-de bestehen aus einem Behältnis, zwei Elektroden aus unterschiedlichen Materialien, einem flüssigem Elektrolyt sowie einer Membran, die als Trennung zwischen negativ und positiv geladener Elektrode dient. Beim Ladevorgang eines solchen Speichers wird Strom, über chemische Reaktionen in Form einer chemischen Verbindung gespeichert, zum Beispiel als Lithium-Eisen-Phosphat. Der Entladevor-gang geschieht durch eine Rückumwandlung von chemischer Energie zu Strom. Das beschriebene Prinzip lässt sich mit verschiedenen Materialien durchführen. Es gibt zahlreiche Batteriematerialien, die im Folgenden erläutert werden.


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Die Energiespeicherung bei Blei-Säure-Akkumulatoren findet mithilfe von Elektroden aus Blei und Bleidioxid sowie Schwefelsäure als Elektrolyt statt. Die schon lang bekannte Technologie ist heutzuta-ge Standard in vielen Bereichen: Starterakkus für Autos, stationäre Solarakkus für netzautarke Photo-voltaikanlagen und die Notstromversorgung bei Störungen im Stromnetz. Weiterentwicklungspoten-tial besteht trotz Konkurrenz durch die Lithium-Ionen-Technologie, insbesondere die Nutzungsdauer von Blei-Säure-Batterien soll erhöht werden.Wirkungsgrad: 65 bis 90 ProzentMehr über Blei-Säure-Akkumulatoren in folgendem Gastbeitrag: • Projekt M5BAT – Erprobung stationärer Energiespeicher, PGS - Institute for Power Generation and

Storage Systems und E.ON Energy Research Center (E.ON ERC) (Seite 37)

Lithium-Ionen-Akkumulatoren gibt es in acht verschieden einsatzbaren Varianten, die sich durch die Verwendung von unterschiedlichen Lithium-Metalloxiden voneinander unterscheiden. Je nach Bedarf können die Eigenschaften dieser Akkus durch verschiedene Materialkombinationen optimiert werden. Ein Lithium-Ionen-Akku erzeugt die elektromotorische Kraft durch die Verschiebung von Lithium-Io-nen. Beim Ladevorgang wandern positiv geladene Lithium-Ionen durch einen Elektrolyt von der posi-tiven zur negativen Elektrode. Genauso, wie Blei-Säure-Batterien, sind Lithium-Ionen-Akkumulatoren sowohl mobil als auch stationär einsetzbar. Im Alltag finden sie sich in vielen tragbaren Geräten wie Smartphones, Tablets und Laptops wieder. Aber auch große Systemlösungen wie Batteriespeicher-kraftwerke zur Energiereserve und Frequenzstabilisierung können mit der Lithium-Ionen-Akkumulato-ren ausgestattet werden.Wirkungsgrad: 90 bis 95 ProzentMehr über Lithium-Ionen-Akkumulatoren in folgenden Gastbeiträgen: • Where science meets industry, MEET (Seite 35)• Energiespeicherung – Ein vielfältiges Thema, TH Köln CIRE (Seite 36)• Projekt M5BAT – Erprobung stationärer Energiespeicher, PGS - Institute for Power Generation and

Storage Systems und E.ON Energy Research Center (E.ON ERC) (Seite 37)• Energiespeicher-Forschungsprojekte, PEM der RWTH Aachen (Seite 38)• DESIREE – Defektspinelle als Hochenergie und Hochleistungsmaterialien zur elektrochemischen

Energiespeicherung, FZ Jülich (Seite 39)

Redox-Flow-Batterien speichern Energie anders als herkömmliche Batterien in externen Tanks. Die Energieumwandlungseinheit und das energiespeichernde Material sind voneinander getrennt. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass das Speichermedium einfach zu dimensionieren ist und somit un-terschiedliche Größen zur Verfügung stehen. Auch große Batterieanlagen können problemlos mit der Redox-Flow-Technik ausgestattet werden. Redox-Flow-Batterien sind hocheffizient und mit über 10.000 Ladezyklen langlebiger als gewöhnliche Batterien. Aufgrund des Speicherprinzips mit externen Tanks lässt sich die Leistung unabhängig von der Kapazität skalieren. Die Redox-Flow-Batterie kann je nach Baugröße und Typ Leistungen von eini-gen 100 Watt bis zu mehreren Megawatt bereitstellen, hat einen Wirkungsgrad von 70 bis 80 Prozent und eine geringe Selbstentladung. Zudem hat sie eine hohe Standzeit weil das Elektrodenmaterial bei der Reaktion des Elektrolyten selber chemisch nicht reagiert und damit nicht degeneriert.Wirkungsgrad: 70 bis 80 ProzentMehr über Redox-Flow-Batterien in folgenden Gastbeiträgen: • Innovative Speicher für die Zukunft, ThyssenKrupp Industrial Solutions und ThyssenKrupp Uhde

Chlorine Engineers (Seite 25)• Redox-Flow-Batterien (0,2 - 2 MW), Fraunhofer UMSICHT (Seite 40)• Redox-Flow-Batterien (0,5 - 6 kW), VOLTERION (Seite 41)


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Power-to-x-TechnologienPower-to-Gas-Technologien (deutsch: Strom zu Gas) ermöglichen die Speicherung von Strom in Gas (Wasserstoff oder Methan) durch Elektrolyse. In diesem Fall wird mithilfe von Strom Wasser in Was-serstoff und Sauerstoff zerlegt. Der gewonnene Wasserstoff kann zum Beispiel in Tanks gespeichert werden. Aber auch Salzkavernen oder ausgeschöpfte Erdgasförderstellen unter Tage werden zurzeit als Lagerstätten für große Mengen Wasserstoff erforscht. Kleinere Mengen können auch ins Erdgas-netz eingespeist werden.Die Rückverstromung von Wasserstoff kann bei Bedarf in Gaskraftwerken, Brennstoffzellen oder Ver-brennungsmotoren erfolgen. Die Anwendung vieler Power-to-Gas-Techniken befindet sich allerdings noch im Forschungsstadium. Viele in diesem Bereich Forschende streben eine Markteinführung des Power-to-Gas-Verfahrens bis zum Jahr 2022 an. Wie bei vielen anderen Verstromungstechniken kann durch Kraft-Wärme-Kopplung die bei der Rückverstromung entstehende Wärme genutzt werden. So steigt der Wirkungsgrad der Technologie auf bis zu 70 Prozent.Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Kohlenstoffdioxid einzusetzen, um den gewonnenen Was-serstoff zu Methan umzuwandeln. Dieses kann entweder direkt in das Erdgasnetz eingespeist oder erneut gespeichert werden. Zur Rückgewinnung kann das Methan in Gaskraftwerken verstromt wer-den.Ein Nachteil ist, dass bei der Umwandlung zu Wasserstoff, hohe sicherheitstechnische Anforderungen erfüllt werden müssen, da Wasserstoff in Kontakt mit Luft ein hochexplosives Knallgas bildet. Power-to-Gas wird allerdings aufgrund des relativ frühen Forschungsstadiums und des geplanten Ausbaus der Erneuerbaren Energien noch viel Potential für die zukünftige Versorgungssicherheit zuge-schrieben. Besonders für die Langzeitspeicherung gilt dieses Verfahren als wichtige Option.Wirkungsgrad: • Wasserstoff-Elektrolyse: 70 bis 80 Prozent• Mit anschließender Rückverstromung: 20 bis 40 Prozent • Mit anschließender Rückverstromung und Kraft-Wärme-Kopplung: Bis zu 70 Prozent • Wasserstoff-Elektrolyse und Methanisierung ohne Rückverstromung: 50 bis 55 Prozent

Mehr über Power-to-Gas-Technologien in folgenden Gastbeiträgen:• Innovative Speicher für die Zukunft, ThyssenKrupp Industrial Solutions und ThyssenKrupp Uhde

Chlorine Engineers (Seite 25)• Chemische Wasserstoffspeicherung, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (Seite 29)• Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“, Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (Seite 30)• Versuchsplattform für Energiespeicher, h2herten Anwender-Zentrum GmbH (Seite 32)• Kommunale Kläranlagen als Regelbaustein im Energienetz, Wupperverbandsgesellschaft für integ-

rale Wasserwirtschaft mbH (Seite 33)• Biomethanisierung von CO2 und H2 durch methanogene Archaeen, Institut NOWUM-Energy

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Eine weitere Power-to-X-Technologie ist Power-to-Heat, die Verwertung von Stromüberschüssen zur Erzeugung von Wärme. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe eines Elektrokessels, der wie ein großer Tauchsieder Wasser erhitzt. Die in Wärme umgewandelte Energie kann zum Beispiel für Heizungsanla-gen und Warmwasserbereitung genutzt werden und dort den Einsatz fossiler Energieträger wie Erdgas und Heizöl verringern. Grundsätzlich hat die Erzeugung von Elektrowärme den Nachteil, dass zwar praktisch keine Energie ungenutzt bleibt, aber hochwertige elektrische Energie (Strom) in eine wesent-lich niederwertigere Energieform (Wärme) umgewandelt wird. In einem zukünftigen Stromsystem, das auf Erneuerbaren Energien basiert und in dem zu gewissen Zeiten mehr Strom erzeugt als verbraucht oder anderweitig gespeichert wird, kann dieser Nachteil durch intelligenten Einsatz dieser Technologie zum Vorteil werden. Denn durch die Nutzung von Power-To-Heat kann anderweitig nicht verwendba-


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rer Erneuerbarer Strom eine sinnvolle Verwendung finden. Wirkungsgrad: 75 bis fast 100 ProzentMehr über Power-To-Heat-Technologien Gastbeiträgen: • TESS – Thermischer Speicher für die Energiewende, Solar-Institut Jülich (Seite 27)• Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“, Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (Seite 30)• Power to Heat – Gewusst wie!, Stadtwerke Lemgo (Seite 31)

Lastmanagement Lastmanagement (häufig auch Demand-Side-Management oder virtuelle Batterie genannt) bedeu-tet die Stromnachfrage bei Großverbrauchern wie Industriebetrieben flexibel zu steuern und an der Erzeugung zu orientieren. So kann beispielsweise die Aluminium- oder Chlorproduktion kurzzeitig un-terbrochen oder gesteigert werden, um die Nachfrage nach Strom zu senken oder zu erhöhen. Nicht nur verbraucherbedingte Schwankungen, sondern auch meteorologisch bedingte Schwankungen bei der Stromerzeugung aus Sonnen- und Windenergie werden so kompensiert. Elektrisch betriebene Anlagen können insbesondere dann flexibel betrieben werden, wenn Zwischenspeicher innerhalb eines Prozesses zeitliche Verschiebungen der Produktion auffangen können. Besonders energieinten-sive Unternehmen werden so in unsere Netzstruktur integriert und können dabei helfen, unser Netz zu stabilisieren. Aber auch Haushalte können zukünftig als „virtuelle Großverbraucher“ funktionieren, indem sie Teil eines so genannten SmartGrids (deutsch: intelligentes Netz) werden. Flexibel einsetzba-re Haushaltsgeräte, wie Kühlgeräte oder Wäschetrockner könnten so in ein intelligentes System integ-riert werden. Im Haushalt der Zukunft könnten diese je nach Stromverfügbarkeit durch selbstständige Steuerung ein effizientes Energiemanagement betreiben. Aktuell ist das Potential jedoch noch gering, da die Haushaltsgeräte für diese Anwendung ausgerüstet sein müssen. Zudem müssen Herausforde-rungen bei der Anwenderfreundlichkeit und beim Datenschutz gelöst werden.Mehr über Lastmanagement in folgenden Gastbeiträgen: • Aluminiumelektrolyse als ‘Virtuelle Batterie‘, TRIMET Aluminium SE (Seite )• Intelligente Haushaltsgeräte als virtuelle Großverbraucher, Universität Paderborn (Seite )

Zum Weiterlesen und verwendete Quellen:• Cluster EnergieForschung.NRW: www.cef.nrw.de • EnergieAgentur.NRW: www.energieagentur.nrw.de/netze/speicher1 • Energiespeicher – Innovative Technologien aus Nordrhein-Westfalen Informationsbroschüre des

Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen• Förderinitiative Energiespeicher des BMWi: www.forschung-energiespeicher.info • Deutsche Energie-Agentur: • www.effiziente-energiesysteme.de/themen/lastmanagement/einleitung.html • www.pumpspeicher.info/ • www.powertogas.info/ • Energy Storage Association: www.energystorage.org • Redox-Flow-Batterie, Informationsbroschüre des Fraunhofer Instituts für Chemische Technologie

ICT• RP-Energie-Lexikon: www.energie-lexikon.info • www.StromSpeicher.eu • Riegel, Bernhard. Elektrochemische Energiespeicher als Schlüsseltechnologie zur Erreichung der

Klimaschutzziele, erschienen in: Solarzeitalter 1 (2011)• Thess, André et al, Institut für Technische Thermodynamik, Deutsches Zentrum für Luft- und

Raumfahrt (DLR) Herausforderung Wärmespeicher, erschienen in: Physik Journal 14 (2015), Nr. 2


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ReferentInnen

Die Referenten und Referentinnen

Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Quaschning Prof. Dr. Volker Quaschning ist habilitierter Ingenieurwissenschaftler und Professor für Regenerative Energiesysteme. Seit dem Jahr 2004 lehrt und forscht er an der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW in Berlin und ist dort Sprecher des Studiengangs Regenerative Energien. Schon während seines Studiums an der TU Karlsruhe und TU Berlin bestimmten die The-men Umwelt- und Klimaschutz. So promovierte er über „Simulation von Abschattungsverlusten bei solarelektrischen Systemen“ und habilitierte zum Thema „Systemtechnik einer klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung in Deutschland für das 21.Jahrhundert“. Bevor Prof. Dr. Quaschning dem Ruf an die HTW Berlin folgte, arbeitete er im spanischen Almería beim als Projektleiter Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Bereich Simulation und Analyse von solarthermischen Kraftwerken. Auf Grund seiner zahlreichen Publikationen, wie beispielsweise dem Fachbuch „Regenerative Energiesysteme“ oder der aktuell vorgestellten Studie „Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende“ ist er auch interna-tional als Experte anerkannt.

Mehr über Prof. Dr. Quaschning und seine Arbeit erfahren Sie auf seiner Webseite www.volker-quaschning.de.

Dr. Gerhard Hörpel Dr. Gerhard Hörpel ist Mitbegründer und Direktor des MEET (Münster Electrochemical Energy Technology) Batterieforschungszentrums an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Darüber hinaus leitet er am MEET das Kompetenzfeld „Zelltechnologie“, in dem sich ein Team aus Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Techniker*innen der Opti-mierung von Prozessen zur Herstellung von Batteriezellen widmet. Zuvor war er als Chemiker bei Evonik Industries tätig und entwickelte dort den keramischen Separator SEPARION, verantwortete dessen Produktion sowie dessen Markteinführung. Davor arbeitete er im In- und Ausland in For-schung, Produktion, Qualität und Business Development, nachdem er 1984 die Universitätsausbildung in Mainz mit einer Promotion in Polymerchemie abgeschlossen hatte. Dr. Gerhard Hörpel ist an 40 Patenten, mehr als 25 wissenschaftlichen sowie einer Vielzahl von allgemeinen Publikationen beteiligt.

Erfahren Sie mehr über Dr. Gerhard Hörpel und das MEET-Institut auf folgender Internetseite: www.uni-muenster.de/MEET

Foto: HTW Berlin/Jennifer Weber


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Prof. Dr.-Ing. Johanna Myrzik Prof. Dr.-Ing. Johanna Myrzik ist stellvertretende Leiterin des Instituts für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft an der Technischen Universität Dortmund (TU Dortmund). Als Universitätsprofessorin lehrt und forscht sie seit 2009 im Arbeitsgebiet Energieeffizienz der Fakultät für Elekt-rotechnik und Informationstechnik. Vor Ihrer Berufung an die TU Dortmund war Prof. Myrzik zunächst Assistant Professor und zum Schluss Associate Professor am Institut für „Electrical Power System“ der Technischen Uni-versität Eindhoven, Niederlande. Ihre wissenschaftliche Laufbahn begann sie als Stipendiatin des Landes Hessen zur Förderung des wissenschaftli-chen Nachwuchses am Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V. in Kassel, bevor sie am Institut für elektrische Energieversorgungstechnik der Universität Gesamthochschule Kassel im Forschungsgebiet Stromrich-terentwicklungen und Energieaufbereitung für modulare Photovoltaikanlagen arbeitete. Das von Frau Prof. Dr.-Ing. Myrzik stellvertretend geleitete Institut sucht Lösungen für ein technisch lauffähiges und nachhaltiges Elektrizitätssystem der Zukunft.

Erfahren Sie mehr zur Arbeit von Prof. Dr.-Ing. Johanna Myrzik auf der Webseite des Instituts für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft: www.ie3.tu-dortmund.de/cms/de/Institut/

Prof. Dr.-Ing. Michael SternerProf. Dr.-Ing. Michael Sterner ist hauptamtlich Professor für Energiespei-cher an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH Regensburg) und einer der Leiter der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES). Dort erforscht er neben der Lehre neue Energie-speicherkonzepte und führt Standortanalysen für Energiespeicher durch. Er forscht auch über energiewirtschaftliche Themen wie die Integration der Erneuerbaren Energien in kommunale und bundesweite Strukturen. Außerdem erstellt er Energiesystemanalysen, Studien, Gutachten und so genannte Energienutzungspläne. Prof. Dr.-Ing. Sterner ist bekannt für seine Publikationen zum Thema Energiespeicher, insbesondere zur Thematik von Power-to-Gas beziehungsweise Windgas.Zusammen mit Dr. Michael Specht entwickelte und patentierte er Ende der 2000er Jahre das Speicher-konzept „Power-to-Gas“. Seine Doktorarbeit mit dem Titel „Bioenergy and renewable power metha-ne in integrated 100% renewable energy systems“ war die erste wissenschaftliche Arbeit, die sich mit Power-to-Gas und seiner Betrachtung in rein regenerativen Energiesystemen beschäftigte. Zusammen mit Prof. Dr. Ingo Stadler veröffentlichte er im letzten Jahr das umfangreiche Standardwerk „Energie-speicher – Bedarf, Technologien, Integration“, welches demnächst in der 2. deutschen Auflage und auf Englisch erscheint. Er ist ebenfalls in vielfältiger Weise im Ehrenamt tätig, sei es in der Politik- und Strategieberatung auf EU-, Bundes- und Landesebene oder im kirchlichen Bereich als Kirchenmusiker und Vorsitzender der Landvolkshochschule Niederalteich.

Erfahren Sie mehr zu Prof. Dr. Sterner auf der Internetpräzens seiner Technischen Hochschule in Re-gensburg: www.othr.de/michael.sterner


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Dr. Gerhard Henßen Dr. Gerhard Henßen ist Leiter der Projektabwicklung bei der ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH. Dort koordiniert er das Project und En-gineering Management inklusive des Einkaufs. Als Koordinator der Task-force „Business Development Future Technologies“ stimmt er die Aktivi-täten im Bereich Vermarktung der Energiespeichervarianten Redox-Flow Batterien und Wasserstoffelektrolyse zwischen der ThyssenKrupp Industrial Solution Process Technologie und der ThyssenKrupp Uhde Chlorine En-gineers GmbH ab. Zuvor war er als Leiter der Verfahrenstechnik bei der ThyssenKrupp Electrolysis GmbH und im Bereich Elektrolysen der Thyssen-Krupp Uhde GmbH tätig. Er promovierte über Wärme- und Stoffintegration an der RWTH Aachen.

Mehr zu den Aktivitäten der ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH finden sie auf der Inter-netpräsenz des Unternehmens: www.thyssenkrupp-uhde-chlorine-engineers.com

Staatssekretär Peter Knitsch Peter Knitsch ist seit 2013 Staatsekretär im Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MKULNV) des Landes Nordrhein-Westfalen. Knitsch studierte Rechtswissenschaften an der Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und arbeitete nach sei-nem Zweiten Staatsexamen und von 2005 bis 2010 als Rechtsanwalt mit Schwerpunkt Verwaltungsrecht. Von 2003 bis 2005 war Knitsch Staatssekretär im Ministerium für Umwelt und Landwirtschaft in Schles-wig-Holstein. Vor seiner Berufung zum Staatssekretär im MKULNV NRW leitete er dort von 2010 bis 2013 die Abteilung für Verbraucher-schutz. Zuvor war er Fraktionsgeschäftsführer der Grünen im Rat der Stadt Erkrath. Darüber hinaus war er als Dozent für Umweltrecht bei verschiedenen Organisationen wie der Handwerkskammer Düsseldorf und dem Wissenschaftsladen Bonn tätig und publizierte zu Themen des Umwelt- und Verbraucherschutzrechts.

Mehr zur Arbeit des MKULNV finden Sie auf der Internetpräzens des Ministeriums: www.umwelt.nrw.de

Foto: Florian Sander / MKULNV


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Oliver Krischer MdB Oliver Krischer ist seit 2009 Abgeordneter des Deutschen Bundestages und seit 2013 stellvertretender Fraktionsvorsitzender für die Bereiche Umwelt, Naturschutz, Reaktorsicherheit, Tierschutz, Klima, Energie, Nachhaltigkeit, Bau, Wohnen und Stadtentwicklung, Verkehr, Agrarpolitik, Ernährung und Tourismus. Nach dem Abitur und Zivildienst studierte er Biologie an der RWTH Aachen und war von 1997 bis 2002 Mitarbeiter der Bundestagsab-geordneten Michaele Hustedt. Von 2002 bis 2009 arbeitete Oliver Krischer als wissenschaftlicher Mitarbeiter der GRÜNEN Landtagsfraktion NRW im Bereich Energie, Landwirtschaft und Landesplanung. Als Bundestagsabge-ordneter war er von 2009 bis 2013 Sprecher der Grünen Bundestagsfrakti-on für Energiewirtschaft, bis er nach seiner Wiederwahl 2013 stellvertreten-der Fraktionsvorsitzender wurde.

Aktuelle Informationen über parlamentarische Initiativen und politische Aktivitäten sind auf seiner Webseite zu finden: www.oliver-krischer.eu

Prof. Dr. Dirk Uwe SauerProf. Dr. Dirk Uwe Sauer ist Universitätsprofessor am Lehrstuhl für Elek-trochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der Rhei-nisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen. Er studierte Physik an der Universität Darmstadt und begann seine wissenschaftliche Karriere mit seiner Diplomarbeit am Fraunhofer-Institut für Solare Ener-giesysteme ISE in Freiburg im Jahr 1992. Im Jahr 2003 wurde Prof. Dr. Sauer Juniorprofessor für „Elektrochemische Energiewandlung und Spei-chersystemtechnik“ an der RWTH Aachen, im Jahr 2009 wurde er dann ordentlicher Professor an der RWTH Aachen. Sein Team besteht derzeit aus etwa 70 Vollzeit-Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Techniker*in-nen, sowie rund 80 Studierenden, die an ihren Bachelor- und Masterarbei-ten arbeiten oder als studentische Hilfskräfte tätig sind. Ein Schlüsselbereich des wissenschaftlichen und technischen Arbeitens von Prof. Dr. Sauer ist die Speicherung von elekt-rischer Energie in mobilen und stationären Anwendungen. Er arbeitet hauptsächlich an Lithium-Ion-, Blei-Säure-, NiCd- und NiMH-Batterien und Superkondensatoren, sowie Redox-Flow und NaNiCl2 (ZEBRA) Batterien.

Mehr zur Arbeit von Prof. Dr. Uwe Sauer und seinem Team finden Sie auf der Internetpräsenz des Ins-tituts für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe der RWTH Aachen: www2.isea.rwth-aachen.de


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Ein vor 15 Jahren unvorstellbarer Anteil von heute 30 Prozent Erneuerbare Energien an der Stromer-zeugung ist eine Grüne Erfolgsgeschichte, die weitergehen wird und muss. Wind und Sonne werden die Säulen unserer Energieversorgung. Darauf müssen wir das System einstellen. Zum Ausgleich der schwankenden Erzeugung brauchen wir Flexibilität – in Form von regelbarer Erzeugung wie z. B. KWK, Netzausbau, Lastmanagement und Speicher – aber auch durch den Verbund von Strom, Wär-me und Mobilität.

Speicher müssen dort einspringen, wo die Netze einen Ausgleich nicht mehr erzielen können. Des-halb kann eine Energiewende ohne Energiespeicher am Ende nicht gelingen. Im derzeitigen Stadium der Energiewende sind andere Flexibilitätsoptionen zumeist noch günstiger, aber das Bild ändert sich durch den steigenden Bedarf an Flexibilität und einer rasanten Technologieentwicklung bei Speichern. Deshalb dürfen wir die Entwicklung von Speichertechnologien nicht verschlafen. Aufgabe der Politik ist es, systemdienliche Speicher zu ermöglichen statt zu verhindern.

Speicher müssen flexibel, ökologisch, systemdienlich und bezahlbar sein. Deshalb wollen wir Grünen die Forschung und Entwicklung von Speichertechnologien wie Power-to-Gas gezielt fördern. Speicher müssen ohne jede Diskriminierung an den Regelenergiemärkten teilnehmen können. Eine einseitige Fixierung im Strommarktdesign auf fossile Großkraftwerke muss ein Ende haben. Wichtig ist, dass die Rolle der Speicher klar definiert wird. Speicher dürfen künftig nicht mehr als Letztverbraucher gelten, denn Umlagen und Entgelte in voller Höhe machen sie trotz systemstabilisierender Wirkung unwirt-schaftlich.

Ähnlich wie bei den Erneuerbaren Energien entwickelt die Speichertechnologie ihre Dynamik nicht durch Großprojekte, sondern durch Bürgerenergie. Die Kopplung von Speichern mit dezentraler Erneuerbarer Erzeugung hat ein riesiges Potential. Das gilt es zu heben, statt es - wie die Bundesregie-rung mit Strafsteuern wie der EEG-Umlage auf Eigenverbrauch und immer neuer bürokratische Hür-den - abzuwürgen. Ziel muss es sein, vor allem durch eine Reform der Netzentgelte, Eigenerzeugung und Speicherung zu ermöglichen und systemdienlich ohne Endsolidarisierung ins Netz einzufügen.

Klarheit brauchen wir auch zur Zukunft des PV-Speicherfördergramms. Das steht vor dem Aus, ob-wohl immer mehr Solaranlagenbesitzer davon Gebrauch machen. Es ist absurd: Die Bundesregierung hat Milliarden für Braunkohlesubventionen, nicht aber für notwendige Zukunftstechnologien wie innovative Solar-Speicher. Nach dem Niedergang der Solarindustrie droht Deutschland nämlich gerade auch noch den Anschluss bei Speichertechnologie zu verlieren. Das darf nicht sein.

Gastbeitrag

Speicher ermöglichen statt verhindernOliver Krischer MdB

Oliver Krischer MdBStellvertretender FraktionsvorsitzenderFraktion Bündnis 90/Die GrünenDeutscher BundestagPlatz der Republik 111011 [email protected]


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Die EnergieAgentur.NRW übernimmt im Auftrag der Landesregierung eine zentrale Vernetzungsfunk-tion. Sie ist Mittlerin zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und Politik. In ihrem Netzwerk Netze und Speicher NRW bündelt sie Kompetenzen auf dem Gebiet der Stromspeicherung sowie der Elektrizi-tätsnetze, stellt Informationen bereit und richtet Veranstaltungen zu diesem Thema aus. Das Netzwerk ist auch zuständig für die Begleitung der technischen Einschätzung von Speichertechnologien sowie deren Marktintegration.

Auf dem Portal www.energieagentur.nrw.de/netze/ präsentiert das Netzwerk Informationen rund um die neuesten Entwicklungen im Bereich der Speicher- und Netztechnologien. Insbesondere werden hier Zukunftsprojekte vor- und relevante Studien, Gesetzestexte, Regelwerke und Förderprogramme zur Verfügung gestellt. Aktuelle Veranstaltungshinweise runden zudem das Angebot ab.

Gastbeitrag

Netzwerk Netze und Speicher NRWVernetzung und Austausch von Informationen

EnergieAgentur.NRW

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Stefan ProttLeiter Netzwerk Netze und Speicher NRWTelefon: +49 2945 [email protected]

Julian DeymannNetzwerk Netze und Speicher NRWTelefon: +49 211 [email protected]

Jennifer FriedrichNetzwerk Netze und Speicher NRWKommunikationTelefon: +49 211 [email protected]

Andreas HothanNetzwerk Netze und Speicher NRWTelefon: +49 211 [email protected]


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Verschiedene Szenarien zeigen, dass ein europäisches Stromsystem mit sehr hohem Anteil Erneuerba-rer Energien (>80%) technisch machbar ist. Doch welche Flexibilitätsoptionen sind notwendig um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten und wie beeinflussen sich Technologien wie Speicher, Übertra-gungsnetz und Demand Side Management gegenseitig?

Diese und weitere Fragen werden in dem aktuellen Forschungsvorhaben RESTORE 2050 von NEXT ENERGY, der Universität Oldenburg und dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie un-tersucht. Ziel dieses dreijährigen Vorhabens, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, ist die Generierung belastbarer Handlungsempfehlungen für eine zielorientierte politi-sche Steuerung der Transformation des deutschen Stromsystems im europäischen Kontext.

Auf Basis bestehender Zukunftsszenarien für Europa, in denen die Stromerzeugung im Jahr 2050 nahezu vollständig aus erneuerbaren Energien stammt, werden Einsatz und Nutzen unterschiedlicher Ausbauzustände der o. g. Flexibilitätsoptionen durch stündlich aufgelöste Jahressimulationen quantifi-ziert und deren Wechselwirkungen analysiert.

Das im Rahmen des Projektes entwickelte Optimierungsmodell setzt Speicher, Netz und sektorale DSM-Maßnahmen (u.a. im Wärme- und Mobilitätssektor) in den Simulationen so ein, dass die Erneu-erbare Deckungsrate maximiert wird. Mit einer Datenbasis von Last- und Einspeisezeitreihen für 10 Wetterjahre und insgesamt 32 Länder, können Aussagen über die Eignung der jeweiligen Optionen in Abhängigkeit regionaler Parameter wie Energiedargebot und -nachfrage abgeleitet werden. Für jede der Technologieoptionen wurden mögliche Ausbaukorridore bestimmt, welche sowohl durch den Mindestausbau bis 2050 als auch durch das maximale technische Potential begrenzt werden. Durch zugeschnittene Simulationsläufe werden Antworten auf die zahlreichen Forschungsfragen gesucht.

Diese und die bereits abgeschlossenen Arbeiten (Meta-Analyse europäische Zukunftsszenarien, Potentialanalyse Technologien) werden auf der Homepage der Förderinitiative Energiespeicher veröf-fentlicht. Derzeit befindet sich das Projekt in der Endphase der Simulationsrechnungen. Die Ergebnisse werden im März 2016 auf einem Expertenworkshop zur Diskussion gestellt.

Gastbeitrag

Regenerative Stromversorgung und Flexibilitätsbedarf in Europa 2050Wuppertal Institut

Frank MertenWuppertal Institute for Climate, Environment and EnergyResearch Group 1 - Future Energy & Mobility StructuresDöppersberg 1942103 WuppertalTel.: +49 202 2492-126Fax: +49 202 [email protected]


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Primäres Aluminium wird mithilfe von Strom in einem Elektrolyseverfahren gewonnen. Dabei geht der größte Teil der hierfür eingesetzten Energie nicht verloren, sondern wird im Aluminium gespeichert. Seit Erfindung dieser Technologie im Jahre 1886 ist jedoch eine absolut gleichbleibende Energiezufuhr der wichtigste Garant für einen stabilen und energieeffizienten Produktionsprozess. Im Rahmen eines Pilotvorhabens konnte die TRIMET in Zusammenarbeit mit der Bergischen Universität Wuppertal diese Randbedingung erstmals überwinden und den Prozess für eine flexible Energiezufuhr öffnen. Dafür wurden bei TRIMET und der BUW mit den Instituten für Automatisierungstechnik, Werkstofftechnik und Strömungsmechanik die notwendigen Grundlagen experimentell erforscht und durch Simulati-onsarbeit unterstützt. Die Erkenntnisse wurden bei TRIMET in Essen unmittelbar an einer Pilotanlage in die Praxis umgesetzt. Die dadurch erzielte Flexibilisierung des Prozesses ermöglicht die Nutzung der Aluminiumelektrolyse als virtuelle Batterie mit einer perspektivischen Speicherkapazität von ca. 3400 MWh. Ein Umbau aller nationalen TRIMET Werke erhöht die Gesamtspeicherkapazität in Deutsch-land um 20%. Mit Hilfe des somit zur Verfügung gestellten Stromspeichers wird die Integration volati-ler erneuerbarer Energiequellen wie Wind und PV in das deutsche Stromnetz bei gleichzeitiger Erhal-tung der Versorgungssicherheit umweltfreundlich, kostengünstig und strukturverträglich unterstützt. Damit leisten die TRIMET-Aluminiumhütten einen wertvollen Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende.

Gastbeitrag

Aluminiumelektrolyse als ‘Virtuelle Batterie‘Heribert Hauck – TRIMET Aluminium SE

Heribert HauckTRIMET Aluminium [email protected]

Speicherkapazität der bei Umsetzung der ‘Virtuellen Batterie‘ an allen deutschen TRIMET-Standorten

Produktionsstandort Speicherleistung Speicherkapazität

Essen +/- 70 MW 3360 MWh

Voerde +/- 40 MW 1920 MWh

Hamburg +/- 55 MW 2640 MWh

Gesamt +/- 165 MW 7,920 GWh


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Die Stromversorgung in Deutschland wird derzeit durch wenige, leistungsstarke Kraftwerke gewähr-leistet. Deren Stromproduktion passt sich über den Tag an den schwankenden Verbrauch an. Durch den steigenden Anteil regenerativer Energien ist die Energiegewinnung jedoch immer schwerer zu steuern. Stromüberproduktionen bzw. -engpässe sind mögliche Folgen. Daher muss sich künftig die Nachfrage an das schwankende Angebot anpassen. Dies erfolgt durch intelligente Stromnetze, soge-nannte SmartGrids, die Energieerzeuger und -verbraucher vernetzen und eine Synchronisation von Angebot und Nachfrage ermöglichen. Dafür werden Verbraucher benötigt, die gezielt angesteuert werden können. Neben großen steuerbaren Verbrauchern können dazu auch viele kleinere Verbrau-cher zum virtuellen Großverbraucher zusammengeschaltet werden.

Noch fehlen solche Verbraucher, die auf die dynamischen Rahmenbedingungen in SmartGrids reagie-ren können. Hier stellen auch Haushaltsgeräte ein interessantes Potential dar. Im Rahmen eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projekts wurden deshalb gemeinsam mit dem Industriepartner Miele & Cie. KG sogenannte Phasenwechselmaterialien für die Integration in Haushaltskühl- und -gefriergeräte entwickelt. Durch die große Anzahl im Markt und die Verwendung dieses zusätzlichen „Kältespeichers“ kann so eine nennenswerte verschiebbare Last im elektrischen Netz generiert werden, ohne dass es zu Komforteinbußen für den Nutzer kommt. Darüber hinaus werden aktuell im Rahmen eines Innovationsprojekts des Spitzenclusters „it´s owl“ weitere flexible Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Waschtrockner, entwickelt, die auf schwankende Stromverfügbar-keit und -preise reagieren und ihre Prozessabläufe selbständig anpassen.

Ziel dieser Projekte ist die Entwicklung eines innovativen Energiemanagementsystems für private Haushalte, das stets das Optimum aus Energieverbrauch, Kosten und Zeit - automatisch und kom-fortabel für den Kunden - ermittelt. Dazu werden die Rahmenbedingungen eines SmartGrids, wie unterschiedliche Stromverfügbarkeit und Tarife, modelliert, um ihre Auswirkungen auf den Betrieb von Hausgeräten zu ermitteln. Darauf aufbauend wird eine Software für ein intelligentes Energiema-nagement entwickelt, die eine Optimierung unterschiedlicher Ziele, wie Energieverbrauch, Kosten und Komfort für die verschiedenen Geräte in einem Einfamilienhaus ermöglicht. Durch die Projekte wird aufgezeigt, wie Hausgeräte auf die Rahmenbedingungen von SmartGrids reagieren und eigen-ständig ihr Energiemanagement optimieren können. Die Kombination von intelligenter Software mit energieeffizienten Technologien, wie z.B. Wärmespeicher, soll neben den Netzdienstleistungen die Energiekosten unter den Rahmenbedingungen zukünftiger Energienetze reduzieren und gleichzeitig den Komfort für die Nutzer erhöhen. Die Ergebnisse können auf weitere Haushaltsgeräte sowie auf komplexere Verbraucherstrukturen wie Mehrfamilienhäuser bis hin zu industriellen Betrieben übertra-gen werden.

Gastbeitrag

Intelligente Haushaltsgeräte als virtuelle GroßverbraucherKompetenzzentrum für nachhaltige Energietechnik, Universität Paderborn


Universität PaderbornPohlweg 55D-33098 [email protected]://ket.uni-paderborn.de


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Strom aus erneuerbaren Energien ist weltweit mehr und mehr gefragt. Allerdings können sie keine 8760 Stunden Strom im Jahr produzieren. Es gibt Minuten, Stunden und auch Tage, an denen der Wind nicht ausreichend bläst und die Sonne nicht genügend scheint. Während in Deutschland z.B. in der einen Stunde der gesamte Strombedarf aus Erneuerbaren gedeckt werden kann, gibt es anderer-seits noch Stunden und Tage, in denen andere Quellen genutzt werden müssen. Dies können sowohl Speicher als auch konventionelle Kraftwerke sein. Gerade die Speichersysteme müssen technisch und besonders wirtschaftlich weiter entwickelt werden.

In Zukunft wird ein mehr systemischer Ansatz gefragt sein. Verschiedene Stromerzeugungstechniken und Speichersysteme müssen effizient, wirtschaftlich, hoch verfügbar und umweltfreundlich zusam-menarbeiten. Dazu gehören Batterien, thermische Speicher aber auch die Methanolerzeugung.

Integrierte Ansätze und damit das Zusammenspiel verschiedener Systeme sind mehr und mehr ge-fragt. Ein Beispiel für einen solchen integrierten Ansatz stellt die Methanolproduktion in Verbindung mit einem Kohlekraftwerk dar. Dieser Ansatz bietet die folgenden Vorteile: • Nutzung indirekter Speichereffekte für Strom• Möglichkeit der Nutzung von Strom aus Erneuerbaren aber auch• von konventionellen Kraftwerken mit den Vorteilen der Kraft-Wärme-Kopplung• Möglichkeit der Reduzierung der Mindestlast die ins Netz geht und damit schnelle Reaktionsmög-

lichkeit bei fehlenden Erneuerbaren Energien• Reduzierte CO2 Emission durch Mehrfachnutzung des CO2

• Integration des Transportsektors und der energieintensiven Industrie sowie Hilfestellung bei der Erreichung ihrer CO2 Reduktionsziele

Gastbeitrag

Energiespeicher & Netze für Strom, Treibstoff & Wärme – Ein systemübergreifender AnsatzDr. W.A. Benesch, STEAG Energy Services GmbH

STEAG Energy Services GmbHRüttenscheider Straße 1-345128 Essenhttp://www.steag-energyservices.com/ Dr. Jürgen FröhlichTelefon: +49 201 [email protected]


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Um zukünftig große Energiemengen aus erneuerbaren Ressourcen wie Wind und Sonne speichern zu können, werden flexible Stromspeicher benötigt. ThyssenKrupp Industrial Solutions reagiert mit seiner Business Unit Process Technologies und seiner Tochterfirma ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers gleich zweifach auf diesen wachsenden Markt: Aktuell durchgeführte Entwicklungen eines kostenoptimierten Elektrolyseverfahrens zur Wasserstofferzeugung und die Weiterentwicklung der Redox-Flow-Speichertechnik hin zum großtechnischen Maßstab im MW-/MWh-Bereich ergänzen sich bei der Stromspeicherung hervorragend.

Redox-Flow-Batterien speichern den Strom als chemische Energie in zwei großen Tanks, in denen sich elektrolytische Flüssigkeiten befinden. Die Vorteile der Redox-Flow-Technologie sind vielversprechend: Neben einer separaten Skalierbarkeit von maximaler Leistung und gespeicherter Energiemenge, dem modularen Aufbau und hohen Wirkungsgraden ist das System darüber hinaus nicht an geografische Gegebenheiten gebunden. Es kann praktisch überall eingesetzt werden. Der Speicher kann schnell auf Lastwechsel reagieren oder zwischen den Betriebsmodi Laden/Entladen wechseln. Somit ist er hervor-ragend für die kurzzeitige bis mittelfristige Speicherung von Strom geeignet.

Wasserelektrolyse ist der wesentliche Baustein für alle unter dem Sammelbegriff Power-to-X bekann-ten Speichertechnologien, in denen Elektrizität in chemische Speichermedien umgewandelt wird; ob direkt als Wasserstoff, als synthetisches Erdgas, in flüssiger oder fester Form. Die Speichermöglichkei-ten sind, auch durch die Interaktion mit dem Verkehrssektor, der Industrie und dem Erdgasnetz fast unbegrenzt. Dabei setzt die Wasserelektrolyse als Ausgangsstoffe nur Wasser ein, das mittels elektri-scher Energie in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.

Ab Mitte 2015 betreibt ThyssenKrupp Industrial Solutions an ihrem Forschungs- und Entwicklungs-standort in Ostwestfalen einen Redox-Flow-Speicher in Technikumsgröße und ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers an einem Standort in Süddeutschland eine Wasserelektrolysepilotanlage, später folgt dann eine Demonstrationsanlage in Duisburg. Mit den Erkenntnissen aus dem Betrieb dieser Anlagen sollen zukünftig noch größere Energiespeicher errichtet werden können. Die Energiewende braucht solche Stromspeicher – wir entwickeln sie!

Mehr Informationen unter: www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com und www.thyssenkrupp-uhde-chlorine-engineers.com

Gastbeitrag

Innovative Speicher für die EnergiewendeThyssenKrupp Industrial Solutions und ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers setzen auf Redox-Flow-Batterien und Wasserelektrolyse

ThyssenKrupp Industrial Solutions [email protected]. 15, 44141 Dortmund, GermanyTelefon +49 231 547 0Telefax +49 231 547 3032

ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers Business Unit Process Technologies [email protected] 38, 44141 Dortmund, GermanyTelefon +49 231 547 0Telefax +49 231 547 2334


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Thermische Energiespeicher – im Volksmund „Wärmespeicher“ – sind allgemein aus Anwendungen wie Thermosflaschen, häusliche Warmwasserspeicher oder Nachtspeicheröfen bekannt. Verglichen mit anderen Speichertechnologien weisen thermische Energiespeicher typischerweise Vorteile wie niedrige Kosten, hohe Zyklenstabilitäten und hohe Wirkungsgrade auf. Es werden üblicherweise drei Typen von Wärmespeichern unterschieden. Sensible Wärmespeicher beruhen darauf, ein Medium wie Wasser oder Keramik zu erwärmen. Nutzt man einen Phasenübergang aus, handelt es sich um einen Latentwärmespeicher. Thermochemische Speicher basieren auf reversiblen chemischen Reaktionen.

Im Hochtemperaturbereich werden verschiedene Technologien kommerziell eingesetzt:1. Die sensible Wärmespeicherung in Feststoffen wie Keramik wird seit vielen Jahrzehnten in soge-

nannten Winderhitzer („Cowper“) für die Luftvorwärmung an Hochöfen genutzt2. Sensible Wärmespeicher mit Flüssigkeiten setzen verschiedene Medien ein:

• Druckwasserspeicher werden seit vielen Jahrzehnten in der Prozessindustrie zur Dampfbereit-stellung mit max. Temperaturen von ca. 250 °C eingesetzt.

• Flüssigsalzspeicher werden seit einigen Jahren in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Derzeit sind Temperaturen im Bereich 150 °C bis 550 °C möglich.

Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am DLR haben das übergeordnete Ziel die Effizienz zu steigern und die Kosten zu senken und beziehen sich auf die Verbesserung bestehender Speicherkonzepte sowie die Entwicklung neuer Konzepte, wie z.B.: • Die sensible Wärmespeicherung in Festoffen mit bewegten Partikeln und mit Naturstein• Eintankkonzepte für Flüssigsalze und die Erweiterung des Temperaturbereichs • Latentwärmespeicher demonstriert in der Dampfspeicheranwendung • Thermochemischen Speicher mit dem Potential zur Langzeitspeicherung

Als Querschnittstechnologie können Hochtemperatur-Wärmespeicher in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden. Beispiele sind die Bereiche Kraftwerkstechnik, Thermomanagement im Fahrzeug, adiabate Druckluftspeicherung und Prozesswärme.

Die Arbeiten im CeraStorE-Gebäude in Köln fokussieren sich auf Flüssigsalzspeicher mit neuen Eintankkonzepten und thermochemische Speicher mit gebranntem bzw. gelöschtem Kalk.

Gastbeitrag

Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“?Dr. Thomas Bauer, Dr. Stefan Zunft, Dr. Marc Lindner, Dr. Antje WörnerDeutsches Institut für Luft und Raumfahrt e.V. (DLR)

Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt e.V. (DLR)Institut für Technische ThermodynamikThermische Prozesstechnik, www.DLR.de/ttPfaffenwaldring 38-40, 70569 StuttgartDr.-Ing. Antje Wörner, AbteilungsleiterinTelefon 0711 6862 484Linder Höhe, 51147 KölnDr. Thomas Bauer, FachgruppenleiterTelefon 02203 601 4094

Kompetenzzentrum für keramische Materialien und thermische Speichertechnologien in der Energieforschung (CeraStorE®) in Köln


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Gastbeitrag

TESS - Thermischer Stromspeicher für die EnergiewendeProf. Dr.-Ing. Ulf Herrmann

Der Ausbau von Power-to-Heat Anwendungen zur Verbesserung der Flexibilität der bedarfsnahen Bereitstellung von Wärme und Strom wird in Energiesystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energi-en weiter an Bedeutung gewinnen. Bei bisherigen Power-to-Heat Technologien wird die Wärme auf relativ niedrigem Temperaturniveau (bis ca. 115 °C) gespeichert und in Form von Fern- oder Prozess-wärme genutzt. Hochwertige elektrische Energie wird dabei in niederwertige Wärme umgewandelt.

Im Gegensatz zum herkömmlichen Power-to-Heat Ansatz wird beim TESS-Konzept die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau gespeichert (500 – 1000°C) und kann damit in einem Wärmekraft-prozess teilweise wieder rückverstromt werden. Der exergetische Wirkungsgrad des Power-to-Heat Prozesses kann dadurch deutlich erhöht werden.

Das Solar-Institut Jülich (SIJ) entwickelt hierfür Komponenten, wie z.B. den Hochtemperaturspeicher, und erstellt Gesamtkonzepte. So wird derzeit im Projekt I-TESS untersucht, inwieweit ein solches Speicherkonzept an bereits existierender Infrastruktur konventioneller thermischer Kraftwerke ange-schlossen werden kann. Dabei wird der bestehende Turbinensatz, der Generator sowie der vorhan-dene Anschluss an das Stromnetz des bestehenden Kraftwerks genutzt. Dadurch könnten sowohl die spezifischen Speicherkosten reduziert werden, als auch durch das bedarfsgerechte Laden und Entladen des thermischen Speichers die heute so geforderte Flexibilität bestehender Kraftwerke erhöht werden. Zusätzlich könnte dadurch der Erhalt von Kraftwerksstandorten gesichert werden, auch wenn an die-sen in Zukunft weniger fossile Brennstoffe verfeuert werden darf. Im Rahmen der Studie werden mit Hilfe von Simulationsrechnungen sowohl die technische als auch die wirtschaftliche Machbarkeit des Konzepts untersucht und Handlungsempfehlungen für Marktakteure formuliert. Das hier vorgestellte Konzept wurde im beschriebenen Anwendungsfeld bisher noch nicht erforscht. Es handelt sich somit um ein neuartiges Konzept mit hohem Umsetzungs- und ÜbertragbarkeitsPotential.

Prof. Dr.-Ing. Ulf HerrmannSolar-Institut JülichFH AachenHeinrich-Mußmann-Str. 552428 JülichTel: 0241 6009 [email protected]


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Das Institut für Energie- und Umwelttechnik IUTA e.V. ist mit rd. 130 Mitarbeitern eine im Bereich der Energie- und Umwelttechnik anerkannte außeruniversitäre Forschungseinrichtung. Den Arbeits-schwerpunkt bilden anwendungsorientierte F&E-Projekte, bei denen gemeinsam mit Industriepartnern wissenschaftliche Erkenntnisse in neue oder verbesserte Verfahren oder Produkte überführt werden.

Gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (MPI) führt das IUTA seit vielen Jahren Entwicklungsprojekte auf dem Gebiet der chemischen Wasserstoffspeicherung und der chemischen Wärmespeicherung durch. Als Speichermaterialien werden geeignete Metallhydride, das sind che-mische Verbindungen zwischen Metallen und Wasserstoff, eingesetzt. Der gebundene Wasserstoff kann einerseits durch Wärmezufuhr freigesetzt, andererseits aber vollständig unter Wärmefreisetzung wieder gebunden werden. Damit eignen sich die Metallhydride gemäß folgenden allgemeinen chemi-schen Reaktionsgleichungen sowohl zur Wasserstoff- als auch zur Wärmespeicherung:

Die chemische Wärmespeicherung in Metallhydriden zeichnet sich im Vergleich zu den anderen, kon-ventionellen Wärmespeicherarten durch eine sehr viel höhere Speicherdichte aus.

Einen ungefähren Vergleich der Speicherdichten zeigen folgende Werte:Sensible Wärme (z.B. Warmwasserspeicher) bis zu 100 Wh/kg SpeichermaterialLatente Wärme (z.B. in „Handwärmern“) bis zu 200 Wh/kg SpeichermaterialChemische Wärme (z.B. in Metallhydriden) bis zu 500 Wh/kg Speichermaterial

In einem aktuell durchgeführten Projekt wird ein Hochtemperatur-Wärmespeicher auf Basis des Spei-chermaterials Magnesiumeisenhydrid (Mg2FeH6) entwickelt, in dem Wärme bis zu einem Temperatur-niveau von 550°C gespeichert werden kann.Zielsetzung ist die Demonstration der prinzipiellen Umsetzbarkeit eines solchen Speichersystems zur temporären Hochtemperatur-Wärmespeicherung • in solarthermischen Kraftwerken,• in KWK-Kraftwerken zur Entkopplung der Strom- und Wärmebereitstellung und• in industriellen thermischen Prozessen.Die gespeicherte Wärme ist auf Grund des hohen Temperaturniveaus insbesondere auch zur anschlie-ßenden Verstromung in Wärmekraftmaschinen geeignet.

Gastbeitrag

Chemische WärmespeicherungDr. Stefan Peil

Dr. Stefan PeilInstitut für Energie- und Umwelttechnik IUTA e.V.Kontakt [email protected] 02065 / 418 – 222Bliersheimer Str. 58-60, 47229 Duisburg


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Das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der organischen und metallorganischen Chemie, der homogenen und heterogenen Katalyse sowie der theoretischen Chemie mit dem Ziel, neue Methoden zur selektiven und umwelt-freundlichen Stoffumwandlung zu entwickeln.

Mit dem Institut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) und industriellen Partnern werden Lösungen zur Integration von Feststoffspeichern für Wasserstoff in Brennstoffzellenanwendungen als praxis-taugliche Komplettsysteme erarbeitet und Speichermaterialien für die Nutzung in Brennstoffzellen-fahrzeugen entwickelt.

Bisherige reversible Hydridsysteme speichern bis zu 1,5 Gewichtsprozent Wasserstoff bei Raumtempe-ratur. Seit einigen Jahren werden Leichtmetallhydride mit bis zu 5,5 Gewichtsprozent H2-Speicherka-pazität untersucht, bei denen die Wiederbeladung unter erhöhtem Wasserstoffdruck möglich ist.

Der gebundene Wasserstoff kann einerseits durch Wärmezufuhr freigesetzt, andererseits aber voll-ständig unter Wärmefreisetzung wieder aufgenommen werden.

Damit eignen sich die Metallhydride gemäß folgenden allgemeinen chemischen Reaktionsgleichungen sowohl zur Wasserstoff- als auch zur Wärmespeicherung:

Zielsetzung der Arbeiten ist einerseits die Erhöhung der Effizienz von stationären Brennstoffzellen-systemen durch den Einsatz von Hydriden zur Wasserstoff- und Wärmespeicherung und andererseits die Vergrößerung der Reichweite von Brennstoffzellenfahrzeugen bei gleichzeitiger Verringerung des Volumens heutiger Hochdruckspeichersysteme.

Gastbeitrag

Chemische WasserstoffspeicherungDr. Michael Felderhoff

Dr. Michael Felderhoff [email protected] 0208 306 2368Max-Planck-Institut für KohlenforschungKaiser-Wilhelm-Platz 1, 45470 Mülheim an der Ruhr


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Eine der großen gesellschaftlichen Herausforderungen ist die Transformation des bestehenden fossil dominierten Energieversorgungssystems hin zu einer klimafreundlichen, zugleich sicheren und bezahl-baren Energieversorgung.

Die Energiewende und der daraus folgende Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien gemäß den Zielen von Bund und Land NRW werden mittelfristig dazu führen, dass das zeitliche und örtliche Stromangebot nicht zur Nachfrage passt. Dementsprechend muss das zukünftige Energieversorgungs-system deutlich flexibler ausgestaltet und Möglichkeiten der Energiespeicherung geschaffen werden.

„Strom zu Gas und Wärme“ ist hierfür eine mögliche Antwort.

Das Virtuelle Institut „Strom zu Gas und Wärme“ ist ein Verbund aus sieben führenden Forschungsin-stitutionen und untersucht im Auftrag des Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes NRW, die notwendigen Flexibilitätsoptionen im zukünftigen Energieversorgungssystem. Dabei werden unter anderem Technologien wie z. B. Demand-Side-Management, Power-to-Gas, Power-to-Heat oder auch Power-to-Chemicals bzw. -Fuels näher beleuchtet. Diese Optionen sind eine wichtige Bedingung für die Integration von hohen volatilen Anteilen an erneuerbaren Energien im Stromnetz.

Die beteiligten Institutionen betrachten dabei sowohl die einzelnen Technologien als auch die einzel-nen Energie-Pfade unter ökonomischen, ökologischen und technischen Rahmenbedingungen. Dabei wird die komplette Kette von den verfügbaren Erzeugungsprozessen, über die unterschiedlichen Transformations-, Speicher- und Transporttechnologien in verschiedenen Netz-Infrastrukturen bis hin zur potentiellen Endanwendungen im Haushalts-, Industrie- und Verkehrssektor berücksichtigt.

Nach dem Abschluss des einjährigen Vorprojekts sind nun erste Ergebnisse veröffentlicht worden und stehen auf den Webseiten der Verbundpartner (z.B. www.gwi-essen.de) zum Download bereit. Das Virtuelle Institut wird nun mit seinen Akteuren im Rahmen des Hauptprojektes an der Umsetzung der im Bericht aufgezeigten Forschungsagenda weiter arbeiten.

Gastbeitrag

Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“ Prof. Dr. Klaus Görner, wissenschaftlicher Vorstand Gas- und Wärme-Institut Essen e.V.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus GörnerDipl.-Ing. (FH) Janina Senner Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI)Tel: 0201 - 3618 277 [email protected]


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Wenn es um die strategische Kombination von Kraft-Wärme-Kopplung und Power To Heat (P2H) geht, ist das Know-how der Stadtwerke Lemgo bundesweit gefragt: Die KRAFTWIRTE, die Ener-giedienstleister der Stadtwerke, beraten Unternehmen und Kommunen, wie sie einen Elektrokessel wirtschaftlich betreiben und die Energiewende mit gestalten.

Schon seit 1963 setzen die Lemgoer auf die klimaschonende Erzeugung von Strom und Wärme durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). In ihren modernen Blockheizkraftwerken und Heizkraftwerken mit 35 MW installierter Leistung erzeugen sie jährlich 160 GWh Wärme – und decken so rund 50 % des Wärmebedarfs der knapp 41.000 Einwohner umfassenden Stadt Lemgo ab.

Im Rahmen der innovativen Unternehmensstrategie erarbeiteten die KRAFTWIRTE 2010 ein Konzept für eine 5 MW Power To Heat-Anlage. Diese ging 2012 als erste deutsche P2H-Anlage der öffentli-chen Wärmeversorgung als Regelenergie-Instrument in Betrieb. Dabei zeigte sich, dass der technische Betrieb unproblematisch ist und Lastrampen von 2 MW/min sicher gefahren werden können.

Das oberste Ziel lag darin, die P2H-Anlage wirtschaftlich zu betreiben. Das erreichen die Stadtwerke durch die vorhandene Infrastruktur mit zwei Groß-Wärmespeichern und dem Wärmenetz. Zudem konnten sie durch P2H die Flexibilität ihres Anlagenparks steigern und tragen so zur Stabilisierung der Stromnetze an wind- und sonnenreichen Tagen bei. Doch mit P2H lässt sich auch die überschießende Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien als Wärmeenergie verwerten – wenn der Gesetzgeber da-für die richtigen Rahmenbedingungen schafft. Produzieren Windkraftanlagen zu viel Strom, wollen die Stadtwerke Lemgo diesen langfristig in emissionsfreie Wärme transformieren und die Wärme nutzen oder speichern. Die derzeitige Drosselung der Windkraftanlagen wäre dann nicht mehr notwendig.

Um P2H aber bundesweit zum Durchbruch zu verhelfen, sind regulatorische Eingriffe notwendig. Denn bislang sind für den Einsatz netzdienlicher Techniken alle Zulagen für den Strombezug zahlen, damit ist P2H preislich kaum wettbewerbsfähig. Dies lässt sich aktuell zwar durch das Eigenstrom-Pri-vileg im Zusammenspiel mit eigenen KWK-Anlagen lösen – was aber nicht immer im Einklang mit der Vorrangeinspeisung der Erneuerbaren Energien steht.

Die KRAFTWIRTE unterstützen Interessenten gern dabei, einen möglichen P2H-Einsatz technisch und wirtschaftlich zu prüfen.

Gastbeitrag

Power To Heat: Gewusst wie!Dipl.-Ing. Uwe Weber

Dipl.-Ing. Uwe WeberBereichsleiter Eigenerzeugung und BäderStadtwerke Lemgo GmbHBruchweg 24 32657 LemgoTel. 05261 [email protected]


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Mit dem Energiekomplementärsystems im Anwender-Zentrum h2herten, auf dem Gelände der ehe-maligen Zeche Ewald konnte 2013 ein in dieser Form einzigartiges System zur Energiespeicherung eingeweiht werden. Durch die Kombination von Wasserstoff- und Batteriespeichern wurde eine Mo-dellanlage geschaffen, welche es erlaubt die hochgradig erneuerbare Energieversorgung der Zukunft bereits heute zu erproben.

Grundlage des Systems bilden die Elektrolyse mit angeschlossenem Kompressor, der Wasserstoffspei-cher und die Brennstoffzellen zur Rückverstromung. Mit Hilfe von überschüssigem Strom werden bis zu 30 Nm3 Wasserstoff in der Stunde erzeugt. Dies entspricht einer gespeicherten Energie von knapp 90 kWh. Der Wasserstoff wird im Anschluss auf bis zu 50 bar verdichtet und in einen Drucktank geleitet. So können bis zu 470 kg Wasserstoff verlustfrei über lange Zeit gespeichert werden. Liegt zu einem späteren Zeitpunkt ein Energiedefizit vor, kann mit Hilfe eines 50 kW starken Brennstoffzellen-systems die im Wasserstoff gespeicherte Energie wieder in Strom umgewandelt werden. Unterstützt wird diese Umwandlungskette von einer leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterie. Mit einer maximalen Ladeleistung von 40 kW, einer Entladeleistung von 80 kW und einer Kapazität von 28 kWh unter-stützt sie das System bei dem Ausgleich von kurzfristigen Schwankungen. Dadurch erhöht die Batterie die Stabilität sowie die Effizienz des gesamten Systems noch einmal erheblich.

Im Hintergrund arbeitet darüber hinaus eine hochentwickelte Leistungselektronik. Sie ermöglicht die Simulation von beliebigen Lastgängen am Ein- und Ausgang des Systems, sowie an den einzelnen Komponenten. Auf diese Weise können verschiedenste Szenarien zur Versorgung mit erneuerbaren Energien nachgebildet werden. Aber auch die einzelnen Komponenten können getrennt voneinander untersucht werden.

Ziel der Anlage ist es, Unternehmen aus den Branchen Energiesysteme, Erneuerbare Energien, Mess- und Regeltechnik sowie Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik eine Versuchsplattform für innovati-ve Konzepte der Energiespeicherung zu bieten. So trägt die h2herten Anwender-Zentrum GmbH dazu bei, die zukünftig immer wichtiger werdende Speichertechnologie in NRW weiter voran zu treiben.

Gastbeitrag

h2herten – Versuchsplattform für EnergiespeicherDie Energieversorgung von Morgen schon heute erproben

Thorben Müller

Thorben Müllerh2herten Anwender-Zentrum GmbHTel.: 02366/[email protected]


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Zum Schutz der Gewässer wird kommunales und industrielles Abwasser in Deutschland auf über 9.000 Kläranlagen unter hohem Aufwand gereinigt. Die flächendeckend vorhandenen Faulungsanla-gen bieten dabei hervorragende technische Voraussetzungen, um System- und Netzdienstleistungen für Verteil- und Übertragungsnetze zur Verfügung zu stellen, die heute und in Zukunft durch den zunehmenden Ausbau der fluktuierenden Erneuerbaren Energien (EE) erforderlich sind.

Auf Kläranlagen mit separater anaerober Schlammstabilisierung fällt Klärgas mit einem Methangehalt von rund 65 % an. Bereits heute wird dieses Gas zum großen Teil in diesen Anlagen zur Kraft-Wär-me-Kopplung (KWK) energetisch genutzt. In Verbindung mit den vorhandenen Gasspeichern kann die Stromproduktion flexibel nach den Bedürfnissen des Energienetzes gesteuert werden.

Kläranlagen mit Schlammfaulung bieten zudem optimale Voraussetzungen zur Umsetzung von Po-wer-to-Gas-Technologien (PtG). Der bei der Elektrolyse anfallende Sauerstoff kann direkt oder nach vorheriger Speicherung bei der biologischen Abwasserreinigung eingesetzt werden. Der produzierte Wasserstoff (H2) kann unter Verwendung des im Klärgas vorhandenen Kohlendioxids (35% CO2) zu Methan (CH4) veredelt werden.

In dem vom BMBF geförderten Forschungsvorhaben „Abwasserreinigungsanlagen als Regelbaustein in intelligenten Verteilnetzen mit erneuerbarer Energieerzeugung – arrivee“ wird die Integration der Faulungsanlagen in ein optimiertes Flexibilitäts- und Speicherkonzept untersucht. Im Verbundvorha-ben arbeiten 8 Partner aus Forschung und Praxis zusammen (TU Kaiserslautern, Uni Wuppertal, TSB Bingen, Wupperverband, WiW mbH, iGas GmbH und BBH Berlin).

Erste Potentialabschätzungen zeigen ein hohes Flexibilitätspotential der Kläranlagen auf. Externe Re-geleingriffe sind unter bestimmten Restriktionen durchführbar, ohne die eigentliche Aufgabe der Ab-wasserreinigung negativ zu beeinträchtigen. Die deutschlandweite Stromproduktion auf Kläranlagen kann zudem unter optimierten Bedingungen von 1,25 TWh/a auf 2,61 TWh/a gesteigert werden, welches einer Leistung von bis zu 300 MWel entspricht. Damit können Kläranlagen, am Schnittpunkt zwischen Energie- und Wasserwirtschaft, einen positiven Beitrag zur Energiewende leisten.

Gastbeitrag

Kommunale Kläranlagen als Regelbaustein im EnergienetzGerd Kolisch, Inka Hobus, Yannick Taudien (alle WiW mbH)Michael Schäfer (TU Kaiserslautern)

Dr.-Ing. Gerd Kolisch Wupperverbandsgesellschaft fürintegrale Wasserwirtschaft mbHUntere Lichtplatzer Straße 100D-42289 WuppertalTel.: (0202) 583 - [email protected]


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Anwendungsorientierte Forschung hat immer wirtschaftliche Lösungen zum Ziel. Insbesondere im Bereich Energie ist das ein guter Ansatz, denn es gilt beispielsweise, für Industrie und staatliche Institu-tionen konkrete realisierbare Lösungen zu entwickeln, die den CO2-Ausstoß minimieren und Energie-kosten senken. Das Team des Instituts NOWUM-Energy am Campus Jülich der FH Aachen erforscht und entwickelt Konzepte, Verfahren und Technologien zu den Themenschwerpunkten Klimaschutz, Biomasse/Biogas, Energiesysteme und Energiemanagement sowie Umweltverfahrenstechnik.

Die größte Herausforderung bei der elektrischen Energieversorgung aus regenerativen Quellen ist die fluktuierende Produktion. Eine Lösung ist, den Überschussstrom in einer Elektrolysezelle zur Produk-tion von Wasserstoff zu verwenden. Aufgrund der bekannten Probleme im Umgang mit Wasserstoff ist eine weitere Umsetzung mit CO2 zu Methan optimal. Eine erfolgsversprechende Alternative zum bekannten Sabatier- Prozess ist die biologische Methanisierung durch Archaeen. Diese Mikroorganis-men zählen zu den ältesten bekannten Lebewesen und sind in der Lage an den unwirklichsten Orten zu gedeihen. Durch die einzigartige Fähigkeit aus CO2 und H2 Energie zu gewinnen und dabei CH4 auszuscheiden, kann dieser natürliche Stoffwechselweg direkt zur Methanisierung genutzt werden. Leider sind viele Arten noch unbekannt oder nicht ausreichend hinsichtlich der optimalen Leistungen und Umsatzraten kategorisiert. Bekannt ist aber, dass die Raten sehr gering sind und gängige Reak-toren (CSTR) noch nicht das Optimum in der Kultivierung darstellen. Im Test befindliche Ansätze sind der Einsatz von Druck- oder Röhrenreaktoren.

Am Institut NOWUM-Energy wird aktuell an einer alternativen Bauform des Reaktors gearbeitet, der einen möglichst geringen Eigenenergiebedarf aufweist und ohne aktive Rührung arbeitet, um die Produktionskosten des Methans so gering wie möglich zu halten. Es wird mit einem modifizierten Flat-Panel-Reaktor gearbeitet, der eigentlich in der Algenzucht verwendet wird. Dieser wird aber den Bedürfnissen der Methanisierung entsprechend angepasst. Gleichzeitig wird die Reaktion bei milden und schonenden Umgebungsbedingungen, wie geringem Druck und neutralem pH-Wert durchge-führt. Erste Ergebnisse sind erfolgsversprechend und bestätigen das Potential der Reaktorbauform.

Gastbeitrag

Biomethanisierung von CO2 und H2 durch methanogene ArchaeenProf. Dr.-Ing. Isabel KuperjansBio-Power-2-Gas, FH Aachen, Campus Jülich, Institut NOWUM-Energy

Markus Dahmen M.Sc. Wissenschaftlicher Angestellter Institut Nowum EnergyFH AachenUniversity of Applied Sciences Hein-rich-Mußmann-Str. 1 52428 Jülich | GermanyT +49 241 6009 53020F +49 241 6009 [email protected]


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MEET (Münster Electrochemical Energy Technology) ist das Batterieforschungszentrum der Universi-tät Münster. Hier arbeitet ein internationales Team aus rund 140 Wissenschaftlern in der Forschung und Entwicklung innovativer elektrochemischer Energiespeicher mit höherer Energiedichte, längerer Haltbarkeit und maximaler Sicherheit. Ziel ist, die Batterie für den Einsatz in Elektroautos und statio-nären Energiespeichersystemen zu verbessern. Dabei führt das MEET wissenschaftliche Grundlagen-forschung und praktische Anwendung an einem Ort zusammen. Kooperationen bestehen sowohl mit wissenschaftlichen Ein-richtungen als auch mit Partnern aus der Industrie. Die Laboreinrichtung umfasst die Module Funktionsmaterialsynthese, Elektroden- und Zellherstellung, Zelltestung sowie elektrische Messtechnik.

Gastbeitrag

where science and industry meetMEET Universität Münster

MEET Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) MünsterCorrensstraße 4648149 MünsterTel.: +49 251 83-36031Fax: +49 251 [email protected]


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Das Cologne Institute for Renewable Energy (CIRE) bündelt die Kompetenzen der Fachbereiche Maschinenbau, Elektrotechnik und Ressourcen-Management im Bereich Erneuerbare Energien an der Technischen Hochschule (TH) Köln. Energiespeicherung ist ein zentrales Thema in den Bachelor- und Masterstudiengängen „Erneuerbare Energien“, sowie in der CIRE-Forschung. Aktuelle Projekte beschäftigen sich mit der Modellierung von Erneuerbaren Energien-Speicher-Systemen, dem Test von Batteriesystemen, der Integration von Speichern in Strom-, Gas-und Wärmeversorgung oder der Nut-zung von Batterien in netzfernen Inselsystemen mit Photovoltaik.

Energiespeicher für den eigenen Keller: Mehr als 200 verschiedene Energiespeichersysteme unter-schiedlicher Batterietechnologie und Batteriekapazität werden derzeit als „Heimspeicher“ als Ergän-zung zu einer Photovoltaikanlage angeboten. Der Nutzen dieser Heimspeicher wurde anhand realer Sonnenscheindaten für das Rheinland und typischen Lastprofilen von Haushalts- oder Gewerbekun-den untersucht. Das Ergebnis: Heimspeicher können einerseits das Netz entlasten und dadurch einen weiteren Zubau von dezentralen PV-Anlagen ermöglichen. Andererseits kann der Eigenheimbesitzer seine Autarkie und Eigenversorgung verbessern. Eine realistische Grenze für die Autarkie sind dabei etwa 70% Autarkiegrad, d.h. 70% des verbrauchten Stroms stammen aus der eigenen Photovoltaik-anlage.

Bessere Vermarktung von Windstrom mit Energiespeichern: Auch die Windenergie lässt sich mittels Stromspeicher besser ins Netz und den Strommarkt integrieren. Analysen des CIRE zeigen diese Ver-besserungen anhand verschiedener Speicherarten und –größen auf die Bereitstellung von zuverlässi-geren und „wertvolleren“ Windstromlieferungen.

Batteriestrom statt Dieselabgase: Energiespeicher können auch in netzfernen Systemen eine wichtige Rolle spielen, wo bisher der Strom teuer und umweltschädlich mit Dieselgeneratoren erzeugt wird. Hier kann eine Solaranlage mit Batterien Diesel einsparen. Dies wird an realen Projekten in Bolivien und Ghana, unterstützt von eigens am CIRE entwickelten Simulationsprogrammen, untersucht.

Gastbeitrag

Energiespeicherung – ein vielfältiges ThemaCologne Institute for Renewable Energy der Technischen Hochschule Köln

Prof. Dr.-Ing. Dipl. Wirt.-Ing. Thorsten SchneidersProfessor für EnergiespeicherungLeiter des Projektbüros „SmartHome Rösrath“Cologne Institute for Renewable EnergyTechnische Hochschule KölnFakultät für Anlagen, Energie- und MaschinensystemeBetzdorfer Str. 250679 KölnT +49 221 8275 2335M +49 1573 320 5572F +49 221 8275 2768 [email protected]/personen/thorsten.schneiders/


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Stationäre Speicher werden durch die von der Bundesregierung beschlossene Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien an der Stromversorgung in den kommenden Jahren zunehmend an Bedeutung gewinnen. Elektrochemische Speicher sind dadurch interessant, dass sie nicht an geografische Vor-aussetzungen geknüpft sind und dass mit verhältnismäßig geringen Planungsfristen für die Errichtung zu rechnen ist. Es ist notwendig, die Kompetenzen zur Entwicklung kostengünstiger Bauformen, zum optimierten Betrieb und zur vergleichenden Technologiebewertung aufzubauen und die Leistungsfä-higkeit verschiedener Technologien unter realistischen Einsatzbedingungen ergebnisoffen zu erproben.In diesem Vorhaben wird daher ein modulares Batteriespeichersystem mit fünf verschiedenen Batterie-technologien und einer Gesamtleistung von 5 Megawatt errichtet.

In dem Batteriespeicher werden zwei verschiedene Typen Blei-Säure-Batterien sowie drei verschiede-ne Lithium-Ionen-Batterie-Typen eingesetzt. Dadurch können die Vorteile der einzelnen Technologi-en miteinander verbunden werden: Während die Blei-Batterien für längere Entladezeiten eingesetzt werden, eignen sich die Lithium-Ionen-Batterien für einen dynamischen Betrieb wie beispielweise dem Abfangen von Leistungsspitzen, so dass die spezifischen Eigenschaften aller Batterietypen optimal ausgenutzt werden können. Die Anlagentechnik wird als integraler Bestandteil des Speichersystems betrachtet, um ein optimales Systemverhalten hinsichtlich Klimatisierung und Batterieaufstellung zu erzielen. Ein solches Hybrid-Batteriespeichersystem in der geplanten Leistungsklasse und mit der hohen Modularität zur vergleichenden Demonstration und Erforschung verschiedener Speichertech-nologien ist weltweit einzigartig und stellt für die beteiligten Firmen und Institutionen eine wichtige Referenz dar.

Der Anlagenbetrieb wird gemäß einem wissenschaftlichen Programm durchgeführt, das es erlaubt, belastbare Aussagen zu den Lebensdauerkosten und EinsatzPotentialen zu tätigen. Dazu gehören neben den eigentlichen Kosten für die Batteriezellen und deren Lebensdauer vor allem auch Periphe-rien für die Installation der Batterieanlage, welche neben der Unterbringung auch die Batteriema-nagement- und Batteriediagnosesysteme sowie das thermische Management (Lüftung, Klimatisie-rung) enthalten. Diese sollen als fundierte Kostenbasis für die Planung und den Einsatz von Speichern dienen. Zudem werden für wichtige Speicheranwendungen (z. B. Primärregelung, Sekundärregelung) Zielkostenansätze erarbeitet, die Aussagen darüber erlauben, ab welchem Regelenergiepreis elektro-chemische Energiespeicheranlagen wirtschaftlich betrieben werden können oder welche regulatori-schen Anreize geschaffen werden müssen.

Gastbeitrag

Projekt M5BAT - Erprobung stationärer BatteriespeicherPGS - Institute for Power Generation and Storage SystemsE.ON Energy Research Center (E.ON ERC)RWTH Aachen University

Dipl.-Ing. Tjark ThienProjektleitung M5BAT E.ON Energy Research Center (E.ON ERC)[email protected]://www.m5bat.de


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Der Chair of Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen beschäftigt sich mit den Kernthemen der Elektromobilität und insbesondere der Antriebstechnologie. Aufgeteilt in mehrere Abteilungen unterschiedlicher Schwerpunkte werden alle Forschungsthemen im Zusam-menhang mit der Elektromobilität abgedeckt. Dies wird durch zahlreiche Innovationen und folgende Ausgründungen belegt.

Insbesondere im Bereich der Speichertechnologien ist die Gruppe Batterieproduktion seit vielen Jahren führend im Bereich verschiedenster Industriethemen der Li-Ion-Batterieproduktion, v.a. für Automo-bile. Durch eine Vielzahl an Industrieprojekten in Unternehmen aller Wertschöpfungsstufen sowie zentralen Positionen in namhaften Forschungsprojekten bietet das PEM weitreichende Expertise in den Themenfeldern Li-Ion-Batteriezelle sowie Li-Ion-Batteriepack.

Drei der Forschungsprojekte zu Energiespeichern werden hier kurz vorgestellt:

1. LaKoBat (Durchgängiges Ladungsträgerkonzept in der Batteriefertigung)

Das Forschungsprojekt LaKoBat führt Teillösungen zu einem durchgängigen Ladungsträgerkonzept zusammen, um Verluste in der Wertschöpfung zu vermeiden. Dafür wird ein Logistikkonzept zur Standardisierung und Harmonisierung der Produktionsprozesse sowie wertschöpfungsbasierten Ge-staltung der Ladungsträger erarbeitet. Verschiedene Wertschöpfungs- und Fertigungsszenarien bilden die Grundlage für die Entwicklung einer optimierten Ladungsträgerlösung.

2. ProLiBat (Durchgängige Produktionsstruktur für die Fertigung von Li-Ion-Batteriezellen)

Schwerpunkt von ProLiBat ist die Produzierbarkeit von elektrofahrzeugtauglichen Lithium-Ionen-Bat-teriezellen. Basierend auf einer systematischen Analyse der Produktionsschritte werden in einem integ-rativen Verbesserungszyklus die Produktionsprozesse und -strukturen sowie die Produktionstechnolo-gien in Richtung einer skalierbaren und serientauglichen Fertigung entwickelt.

3. QuasiBat 1 + 2 (Qualitätssicherung in der Produktion von Li-Ion-Batterien)

Im Rahmen von QuasiBat 1 + 2 werden in einem Arbeitskreis aus Industrie und Forschung sämtli-che Prozessschritte der Batterieproduktion analysiert. Das Ziel des Vorhabens ist der Entwurf eines ganzheitlichen Ansatzes für ein Qualitätsmonitoring in der Batterieproduktion. Die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Eigenschaften der Batterie müssen aufgedeckt werden und der ge-schaffene Regelkreis zur Qualitätssicherung im realen Anwendungsfall validiert werden.

Gastbeitrag

Energiespeicher-ForschungsprojektePEM der RWTH Aachen

Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Heiner Hans Heimes Steinbachstraße 53B, 52074 AachenTelefon: +49 241 80 27386Mail: [email protected]


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Die Bereitstellung von effizienten und zugleich wirtschaftlichen Energiespeichern ist ein zentraler Punkt für eine nachhaltige Energieversorgung. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades gelten elektro-chemische Energiespeicher, wie Batterien, als besonders interessant für mobile und stationäre Anwen-dungen. Neben einer hohen Energiedichte ist auch eine hohe Leistungsdichte wichtig, um kurzzeitige Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Ein Nachteil von momentan am Markt verfügbaren Lithium-Ionen-Batterien ist, dass die speicherbare Energie stark abnimmt, wenn die Batterien mit ho-hen Stromdichten be- oder entladen werden. Dies steht einem flächendeckenden Einsatz als kosten-günstigem und effektivem Energiespeicher bisher entgegen. Ein Grund dafür ist die begrenzte ionische Leitfähigkeit der Kathodenmaterialien.

Das vom Forschungszentrum Jülich koordinierte Verbundprojekt DESIREE entwickelt Kathodenmate-rialien für Lithium-Ionen-Hochleistungsbatterien der nächsten Generation. Eine besonders attraktive Materialklasse sind diesbezüglich die sogenannten Spinelle. Sie erlauben eine schnellere Einlagerung (Interkalation) von Lithium-Ionen in chemische Verbindungen als herkömmliche Kathodenmaterialien. Die Interkalation muss schnell und zuverlässig ablaufen, damit Energie effizient gespeichert werden kann. Im Rahmen dieses Projektes wird dazu die ionische Leitfähigkeit der Kathodenmaterialien durch ein gezieltes Einbringen von Defekten in die Kristallstruktur der Spinelle verbessert. Diese systema-tische Modifikation der Spinelle wird durch Dotierung und Nicht-Stöchiometrie realisiert. In einem weiteren Schritt werden dann Strategien für eine Material- und Designverbesserung entwickelt.

Das Verbundprojekt führt materialwissenschaftliche Grundlagenforschung für die elektrochemische Speicherung regenerativ erzeugter elektrischer Energie durch, wobei das vertiefte Verständnis der thermodynamischen und kinetischen Elektrodenprozesse zu einer gezielten Materialverbesserung von Hochleistungskathodenmaterialien führen wird. Das langfristige Ziel des Projektes ist die Integration von regenerativen Energieträgern, insbesondere der Wind- und Solarenergie, in eine grundlastfähige und witterungsunabhängige Energieversorgung.

Gastbeitrag

DESIREE – Defektspinelle als Hochenergie- und Hochleistungsmaterialien zur elektrochemischen Energiespeicherung

Institut für Energie- und Klimaforschung, IEK-9 (Grundlagen der Elektrochemie)Dr.-Ing. Désirée van Holt, [email protected], Telefon 02461/615293 oder Prof. Dr. Rüdiger-A. Eichel, [email protected], 02461/614644.


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Redox-Flow-Batterien bestehen aus einem Leistungsteil, der ähnlich einer Brennstoffzelle als Mem-bran-Zellstapel (Stack) aufgebaut ist und einer Speicherkomponente, die aus mit Elektrolyt gefüllten Tanks besteht. Die elektrische Energie wird beim Laden im Stack in chemische Energie umgewandelt und kann so in dem Elektrolyten gespeichert werden. Die Redox-Flow-Batterietechnologie bietet für die Anwendung als stationärer Energiespeicher eine vielversprechende Alternative gegenüber am Markt verfügbaren Speichertechnologien, wie Blei- und Lithium-Akkumulatoren. Durch die Trennung von Leistung und Kapazität des Speichers ist eine unabhängige Skalierung dieser beiden Parameter und somit die individuelle Auslegung des Speichers auf den jeweiligen Anwendungsfall möglich.

Nach aktuellen Studien (insbesondere Metastudie Energiespeicher IWES/UMSICHT) erweisen sich Energiespeicher im Verteilnetz vor allem als potenziell wirtschaftlich wenn sie drei Fähigkeiten aufwei-sen:• simultane Teilnahme am Intraday-Handel (Spot-Markt) und Sekundärregelenergiemarkt oder Be-

reitstellung von Primärregelleistung.• ausreichend große Kapazität• ausreichend niedrige Investitionskosten

Große Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Speicher, die auf großen Einzelstacks als Primärbaugruppe basieren, erfüllen diese drei Randbedingungen perspektivisch in hervorragender Weise.

Fraunhofer UMSICHT hat ein neuartiges Stackdesign für große VRFB entwickelt, das eine externe Elektrolytzuführung aufweist und einen Weg zu großskaligen Stacks aufzeigt. Dieses neuartige Stack-design erlaubt es, große Zellflächen einfach und kostengünstig aufzubauen.

Gastbeitrag

Redox-Flow-Batterien (0,2 - 2 MW) von Fraunhofer UMSICHTProf. Dr. Christian Doetsch, Dr. Wilhelm Althaus

Dr. Wilhelm Althaus Telefon: 0208 8598 [email protected]


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Redox-Flow-Batterien bestehen aus einem Leistungsteil, der ähnlich einer Brennstoffzelle als Mem-bran-Zellstapel (Stack) aufgebaut ist und einer Speicherkomponente, die aus mit Elektrolyt gefüllten Tanks besteht. Die elektrische Energie wird beim Laden im Stack in chemische Energie umgewandelt und kann so in dem Elektrolyten gespeichert werden. Die Redox-Flow-Batterietechnologie bietet für die Anwendung als stationärer Energiespeicher eine vielversprechende Alternative gegenüber am Markt verfügbaren Speichertechnologien, wie Blei- und Lithium-Akkumulatoren. Durch die Trennung von Leistung und Kapazität des Speichers ist eine unabhängige Skalierung dieser beiden Parameter und somit die individuelle Auslegung des Speichers auf den jeweiligen Anwendungsfall möglich.

Die Technologie basiert auf am Fraunhofer-Institut UMSICHT entwickelten und zum Patent an¬-ge-meldet¬en Innovationen, vor allem einer neuartigen Stackkonstruktion. Dieses neuartige Stack-design ermöglicht die Herstellung von Stacks, die kompakter, leichter, günstiger und leistungsfähiger sind, als der Stand der Technik. Zugleich erhöht sich die Produktionsqualität/Betriebssicherheit gegen-über den sonst üblichen Konstruktionen. Volterion® bietet diese Stacks in kompakten Modulen an, die die komplette Anlagen- und Steuerungstechnik enthalten. Die Kunden von Volterion® können aus diesen Modulen einfach durch das Ergänzen des Kapazitätsteiles, dem Tank mit Elektrolyt, eine indi-viduelle Energiespeicheranlage herstellen. Der Fokus wird dabei auf der Entwicklung, Fertigung und Produktion von Vanadium-Redox-Flow-Modulen im Leistungsbereich von 200 W bis 6 kW liegen.

Vorteile der Volterion Redox-Flow-Batterie:• Ermöglicht wirtschaftliche Eigenstromnutzung• Steigerung der Versorgungssicherheit• Unabhängige Skalierbarkeit von Kapazität und Leistung• Nicht brennbar, keine Explosionsgefahr• Hoher Wirkungsrad• Vollständig verschweißt und absolut dicht• Höchst kompakte Bauart• Sehr lange Lebensdauer (> 20 Jahre)• Ökologische Kreislaufwirtschaft durch einfaches Recycling

Gastbeitrag

Redox-Flow-Batterien (0,5-6 kW) von VolterionThorsten Seipp

Thorsten SeippTelefon: 0208 8598 [email protected]


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Was ist ein Schwungradenergiespeicher?

Schwungradspeicher beruhen auf einem rein mechanischen Prinzip. Zum Speichern wird ein Kohlefa-ser-Rotor auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Die elektrische Energie wird so in Form von kinetischer Energie gespeichert. Zum Entladen arbeitet der Motor als Generator und bremst den Rotor ab, indem er elektrischen Strom erzeugt.

Welche Bedeutung hat das für die Energiewende?

Gerade zu Beginn der Energiewende benötigen wir in Deutschland nicht Speicher für Wochen, son-dern eher für Sekunden und Minuten. Die Stärke von Schwungradspeichern liegt darin kurzfristig hohe Leistung liefern zu können. Durch die mechanische Speicherung ist der Speicher langlebig und kann über 100.000 Ladezyklen durchlaufen ohne Leistung oder Kapazität zu verlieren. Zum Einsatz kommen solche Speicher wo häufig für kurze Zeit Leistung benötigt wird, z.B. zum Stabilisieren von Stromnetzen (Frequenzregulierung) und für Leistungsspitzen in virtuellen Kraftwerken.

Gibt es schon eine Anlage?

Zur Zeit wird eine erste Anlage mit 600kW Leistung von einem großen Stadtwerk in Betrieb genom-men.

Gastbeitrag

STORNETIC – Schwungradenergiespeicher

STORNETIC GmbHThilo Engelmann02461-65524 02461-657100 [email protected]


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Gastbeitrag

Stadtwerke planen Speicher für die ZukunftTrianel Wasserspeicherkraftwerke in NRW und Thüringen

Nicole Kolster

Vor dem Hintergrund der Energiewende und dem zu erwartenden erhöhten Speicherbedarf hat die Stadtwerke-Kooperation Trianel im Auftrag von rund 40 Stadtwerken im Jahr 2010 eine deutschland-weite Potentialstudie für Wasserspeicherkraftwerke (Pumpspeicher) in Auftrag gegeben.

Im Screening waren die maßgebenden Parameter: Größe, Lage- und Reliefenergie, genehmigungsre-levante, technische sowie wirtschaftliche Faktoren. Die gesuchten Flächen für Unter- und Oberbecken sollten mindestens 20 ha groß sein, die Becken bei der kleinsten Größe nicht mehr als 2.000 Meter voneinander entfernt sein und der Höhenunterschied zwischen den Becken mindestens 150 Meter be-tragen. Ziel war es, Standorte in Deutschland mit einem Speichervolumen von mindestens 600 MWh bei einer elektrischen Leistung von 100 MW zu finden. Aus über 3.000 technisch möglichen Stand-orten wurden durch eine weitere Verfeinerung des Kriterienkatalogs deutschlandweit 24 Standorte identifiziert, davon zwei Talsperrenstandorte. Ein möglicher durch die Studie befundener Standort ist das Trianel Wasserspeicherkraftwerk Nethe im Kreis Höxter in Nordrhein-Westfalen. Dieser Standort ist aus technischer, wirtschaftlicher und naturschutzfachlicher Sicht am besten geeignet und könnte eine Leistung von 390 MW generieren. Im Kreis Höxter ist im Jahr 2012 die Regionalplanänderung und das Raumordnungsverfahren für die Netzanbindung positiv beschieden worden.

Pumpspeicher – Multitalente im Stromsystem

Trianel hat sich aufgrund der aktuellen energiepolitischen Rahmenbedingungen dazu entschieden, den Standort in Nordrhein-Westfalen an der Nethe als Option zu halten, jedoch die nächste Stufe des Ge-nehmigungsprozesses, die Planfeststellung, noch nicht einzuleiten. Denn die ungünstigen energiepoli-tischen Rahmenbedingungen lassen derzeit keine Konkretisierung des Vorhabens zu.

Die weitere Entwicklung des Stromsystems wird Speicher jedoch benötigen. Mit ihrer Langlebigkeit und Emissionsfreiheit sind Pumpspeicher die mit großem Abstand nachhaltigsten Großspeicher und das auch unter Berücksichtigung ihres unzweifelhaft großen Landschaftsverbrauchs und der Belastun-gen von Natur und Mensch in der Bauphase. Sie sind in der Lage, nach einem Blackout das Stromnetz neu aufzubauen, können innerhalb von Sekunden ihre maximale Pump- und Turbinenleistung erbrin-gen und halten so das Netz stabil.

Pumpspeicher sind Multitalente auf dem Weg zu einer CO2-freien Stromversorgung, in der das ener-giepolitische Dreieck aus Umwelt-und Klimaschutz, Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit im Gleichgewicht ist.

Trianel GmbHNicole Kolster M.A., ProjektmanagerProjektentwicklung OnshoreTel.: +49 241 41320-242Mobil: +49 170 [email protected]


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Pumpspeicherkraftwerke (PSW) sind aktuell die einzige für die Speicherung von Strom verfügbare Großtechnologie. In Zeiten hoher regenerativer Einspeisung oder niedriger Nachfrage wird Strom genutzt, Wasser in die Oberbecken der Anlagen hochzupumpen. Bei Bedarfsspitzen wird das Wasser dann aus dem Speicher über die Turbinen geleitet und Strom erzeugt.

In NRW betreibt RWE das zuletzt 2013 modernisierte Pumpspeicherkraftwerk Herdecke mit 165 MW Leistung; zusammen mit den Anlagen in Vianden (Luxemburg) und der Schluchseewerke im Südschwarzwald verfügt RWE über rund 2.300 MW hochflexibler Pumpspeicherleistung. Insgesamt stehen in Deutschland rund 6.600 MW Pumpspeicherleistung mit einer Speicherkapazität von 38.800 MWh zur Verfügung.

Mit ihrer hohen Flexibilität – allein die RWE-Anlagen können innerhalb von ca. zwei Minuten von Null auf ihre volle Leistung heraufgefahren werden – helfen PSW einerseits, die auftretenden Schwan-kungen von Nachfrage und regenerativer Erzeugung auszugleichen. Andererseits kann in ihnen erneuerbarer Überschussstrom zwischengespeichert werden. Ihr Beitrag ist allerdings limitiert: Rein rechnerisch reicht die existierende Speicherkapazität in Deutschland lediglich aus, um sechs Stunden Stromproduktion von etwa einem Fünftel der in Deutschland installierten Windanlagen zu speichern oder aber knapp 3% der täglichen Stromnachfrage in Deutschland zu decken.

Und ein Ausbau der Speicherkapazität ist nicht absehbar, denn PSW stehen wie auch andere kon-ventionelle Kraftwerke unter erheblichem wirtschaftlichen Druck. Mit dem Ausbau der Photovoltaik gehören die regelmäßigen täglichen Strompreisspitzen zur Mittagszeit, die die Wirtschaftlichkeit der PSW bestimmten, der Vergangenheit an. Die Aufgabe der PSW besteht heute deshalb weniger in der Abdeckung des täglichen Spitzenlastbedarfs als vielmehr in der Bereitstellung von Regelleistung und -energie zum Ausgleich unvorhergesehener Abweichungen zwischen Angebot und Nachfrage.

RWE-Pumpspeicherkraftwerk Herdecke

Erste Inbetriebnahme 1930Neubau „Maschine 5“ 1989Leistung 165 MWSpeicherkapazität 590 MWhAnfahrzeit: 60 sec. im Turbinenbetrieb Max. Wirkungsgrad 80%

Gastbeitrag

Pumpspeicherkraftwerke und ihre Rolle für die EnergiewendeMichael Moltrecht, RWE Generation, Leiter Wasserkraft

Michael Moltrecht, RWE Generation, Leiter WasserkraftHuyssenallee 2D-45128 EssenTel.: [email protected]


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Der politisch gewollte Ausbau der Kapazität regenerativer Energien und deren verstärkte Integration in die Energieversorgung Deutschlands ist aktuell eine vorrangige Aufgabe der Energiepolitik. Das Problem der in diesem Zusammenhang erforderlichen Speicherung ist jedoch ungelöst. Die vorhande-nen Speicherkapazitäten reichen zum Ausgleich zunehmender Energiefluktuationen nicht aus. Neben neuen Speichertechnologien stellt die Nutzung von unterirdischen Pumpspeicherwerken (UPSW) grundsätzlich eine weitere Möglichkeit zur Energiespeicherung dar.

Der Ansatz, das Prinzip eines Pumpspeichers in den unterirdischen Schächten und Strecken des aus-laufenden Bergbaus im Ruhrgebiet anzuwenden, resultiert aus den fehlenden günstigen topographi-schen Gegebenheiten über Tage. Zugleich erfährt der Bergbau nach dem Auslauf zum Ende des Jahres 2018 eine sinnvolle Nachnutzung. Die Fallhöhe wird durch die bereits bestehenden Schächte und Zugänge in die Tiefe generiert.

Vor diesem Hintergrund förderte das Land NRW das Vorhaben „Entwicklung eines Realisierungskon-zepts für die Nutzung von Anlagen des Steinkohlebergbaus als unterirdische Pumpspeicherkraftwer-ke“ im Rahmen der Ziel2 Förderung. Die Bearbeitung dieser ersten Phase einer Machbarkeitsstudie erfolgte durch ein Konsortium mit elf Partnern aus fünf Einrichtungen. Beteiligt waren die Universität Duisburg-Essen, die Ruhr-Universität Bochum sowie der Bergbaubetreiber RAG AG und die DMT GmbH & Co. KG (TÜV Nord Gruppe). Für Fragen der Akzeptanz war das Rhein-Ruhr Institut für Sozialforschung und Politikberatung e.V. (RISP) beteiligt. Ziel der Bearbeitung war die grundsätzliche Beurteilung der technischen und ökonomischen Machbarkeit sowie eine übergeordnete Bewertung des Projektansatzes inklusive des bestehenden Rechtsrahmens.

Für die Prüfung der technischen Machbarkeit eines geschlossenen Systems wurde ein Beispielkonzept erarbeitet und technisch bewertet. So wurde am Standort Prosper-Haniel eine 200 MW Anlage veror-tet und konzipiert. Die Anlage nutzt vier bestehende Schachtanlagen als Zugang zur Tiefe. Der erfor-derliche untere Speicher wird als langgestreckter Ringspeicher oberhalb der zukünftig angedachten Grubenwasserhaltung kontrolliert neu aufgefahren. Insgesamt wurde die grundsätzliche Machbarkeit einer solchen Anlage in einer ersten Projektphase bestätigt.

Gastbeitrag

Nachfolgenutzung von Bergwerksinfra- struktur im Ruhrrevier für untertägige Pumpspeicherwerke Prof. Dr.-Ing. André Niemann, Universität Duisburg-Essen

Universität Duisburg-EssenProf. Dr.-Ing. André [email protected]: 0201 183 2225RAG AGDipl.-Ing. Stefan [email protected]:02323 153 911


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Im Bereich der Stadt Wesel befinden sich Salinare, d.h. unterirdische Salzschichten, die die Errichtung von Kavernen ermöglichen. An diesen Stellen könnten demnach durch Aussolung Speicherkavernen erstellt werden, zum Beispiel in Form zylindrischer Kavernen von 100 m Höhe und 80 m Durchmesser (Nettovolumen ca. 500.000 m³). Dies hat eine erste Untersuchung ergeben. Der Standort zeichnet sich neben der geologischen Eignung besonders dadurch aus, dass eine Übertragungsleitung für die Einspeisung elektrischer Energie in den Speicher schon vorhanden ist (Aufnahme des Stromüberschus-ses), während der ausgespeiste Strom auch direkt über das naheliegende Umspannwerk in das Verteil-netz und damit unmittelbar an die Verbraucher geliefert werden kann.

Im Falle einer Errichtung von drei derartigen Kavernen à 500.000 m³ zum späteren Betrieb z. B. eines Druckluftspeicherkraftwerks (CAES-Kraftwerk; Compressed Air Energy Storage) sind Leistungen zwi-schen 300 MW über 24 Stunden oder 110 MW über 3 Tage erzielbar, je nachdem welcher zeitliche Lieferengpass aus der EE-Stromproduktion überbrückt werden soll. Ein Landkreis mit ca. 450.000 Ein-wohnern, inkl. üblicher Industriebetriebe, benötigt eine durchschnittliche installierte Leistung von ca. 200 MW. Diese Leistung kann der Energiespeicher Niederrhein mit den geplanten Generatoren über einen Zeitraum von 24 h voll abdecken.

Die durch eine Speicheranlage dieser Größenordnung bereitgestellte Energie entspräche der Maxi-malleistung, die von 150 Windkraftanlagen (je 2 MW) bei günstigsten Windbedingungen geliefert werden kann. Zum Vergleich: Im Kreis Wesel sind derzeit rund 50 kleinere Windkraftanlagen mit einer Leistung von ca. 60 MW am Netz. Im Falle von überschüssigem Strom (Überproduktion) könnte das Übertragungsnetz um 200 MW über 6 Stunden oder 100 MW über 3 Tage entlastet werden. Die Realisierung eines solchen Projektes könnte somit einen Beitrag zur Systemstabilität und Versorgungs-sicherheit in der gesamten Region leisten.

Zudem geht eine untertägige Speicheranlage mit äußerst geringen Veränderungen des Landschafts-bilds oder Auswirkungen auf die umliegenden Gemeinden einher. Schwerkraftverkehr fällt nur wäh-rend der Errichtungs-/Bauzeit an. Räumlich eng begrenzte, geringfügige Setzungen sind möglich, haben jedoch bei keinem Kavernenspeicher zu Schäden geführt.

Gastbeitrag

Projektidee Energiespeicher Niederrhein

Energiespeicher Niederrhein GmbHDr. Gerd HagenguthDammstraße 3147119 DuisburgTelefon: 0203 [email protected]


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Deutsches Zentrum für Luft- und RaumfahrtInstitut für Technische ThermodynamikLinder Höhe51147 KölnTel. 02203/[email protected]/tt/

EnergieAgentur.NRW GmbHRoßstr. 9240476 DüsseldorfTel. 0211/[email protected]

Forschungszentrum Jülich GmbHWilhelm-Johnen-Straße52428 JülichTel. 02461/[email protected] www.fz-juelich.de

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- undEnergietechnik UMSICHTOsterfelder Str. 346047 OberhausenTel. 0208/[email protected]

Gas- und Wärme-Institut Essen e.V.Hafenstraße 101 45356 Essen Tel. 0201/[email protected]

Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V.Bliersheimer Str. 58 – 6047229 DuisburgTel. 02065/[email protected]

Max-Planck-Institut für KohlenforschungKaiser-Wilhelm-Platz 145470 Mülheim an der RuhrTel. 0208/[email protected]

RWE Power AGHuyssenallee 245128 EssenTel. 0201/1201www.rwe.com

RWTH AachenInstitute for Power Generation and Storage Sys-temsE.ON Energy Research CenterMathieustrasse 1052074 AachenTel. 0241/[email protected]

RWTH AachenProduction Engineering of E-Mobility Compo-nentsSteinbachstraße 1952074 AachenTel. 0241/[email protected] www.pem.rwth-aachen.de

Stadtwerke Lemgo GmbHBruchweg 2432657 LemgoTel. 05261/[email protected] www.stadtwerke-lemgo.de

STORNETIC GmbHStetternicher Staatsforst52428 JülichTel. 02461/[email protected] www.stornetic.com

Ausstellung

Liste der ausstellenden Firmen, Institute und Hochschulen


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TH KölnCologne Institute for Renewable Energy (CIRE)Betzdorfer Straße 250679 KölnTel. 0221/[email protected] www.th-koeln.de/anlagen-energie-und-ma-schinensysteme/cologne-institute-for-renewab-le-energy_13385.php

Trianel GmbHKrefelder Straße 20352070 AachenTel. 0241/[email protected]

Trimet SEHaus der Metalle, Am Bonneshof 540474 DüsseldorfTel. 0211/[email protected] www.trimet.eu/de

Universität Duisburg EssenInstitut für Wasserbau und WasserwirtschaftUniversitätsstraße 1545141 EssenTel. 0201/[email protected] www.uni-due.de/wasserbau/institut

Universität PaderbornKompetenzzentrum für Nachhaltige Energietech-nik (KET) Pohlweg 5533098 PaderbornTel.: +49 (0) 5251-60-4139 [email protected]

VolterionThorsten SeippTel. 0208/85981388 [email protected]

Wasserstoff-Kompetenz-Zentrum h2hertenDoncaster-Platz 5 45699 Herten Tel. 02366/[email protected] www.wasserstoffstadt-herten.de

Westfälische Wilhelms-Universität MünsterMEET - Münster Electrochemical Energy Techno-logyCorrensstraße 46Tel. 0251/[email protected]/MEET

WiW - Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbHUntere Lichtenplatzer Str. 10042289 WuppertalTel. 0202/[email protected]

Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbHDöppersberg 19 42103 WuppertalTel. 0202/[email protected]://wupperinst.org


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Kontakt:

Dipl.-Ing. (FH) Wibke Brems MdLSprecherin für Klimaschutz und Energiepolitik Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN im Landtag NRWPlatz des Landtags 1, 40221 DüsseldorfTel.: 0211 - 884 2142 Fax: 0211 - 884 [email protected]

Aktuelle Informationen zur Energiewende und Klimaschutz finden sie auf:www.wibke-brems.de

Weitere Informationen der Grünen Landtagsfraktion zum Thema finden Sie auf www.gruene-fraktion-nrw.de/themen/themen-a-z/energie-klimaschutz.html

Fraktion Bündnis 90/Die Grünenim Landtag Nordrhein-WestfalenPlatz des Landtags 1 40221 Düsseldorf Tel.: 0211 - 884 2281 Fax: 0211 - 884 3511 [email protected] www.gruene-fraktion-nrw.de

Speicher aus NRW für die Energiewende - Wibke Brems · 2015-11-04 · SPEICHER AUS NRW FR DIE...

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