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Wörterbuch

Elektrizität-Speicherung und -Transport

Die Stromerzeugung ist eine der wichtigsten Fragen unserer Zeit, und Schlüssel zu einem erfolgreichen Übergang zu einer nachhaltigen Wirtschaft.

  • Energiespeichersystemen
    • Die Unregelmäßigkeit der erneuerbaren Energieerzeugung aus Wind und Solar hat dazu geführt, dass ein effizienter Weg zur Speicherung der überschüssigen Energie für eine spätere Verwendung erforderlich ist. Batterien sind die traditionelle Technologie, aber Forscher haben einige faszinierende und erfinderische Alternativen vorgebracht.

      Kalifornien hat im Jahr 2013 ein Gesetz verabschiedet, das Energieunternehmen verpflichtet, insgesamt mindestens 1,3 GW Speicherkapazität zur Verfügung zu stellen. Bei 1,75 kW pro Haushalt (Zahl für Großbritannien) reicht das für 750 000 Haushalte aus.

      Eis

      Das Unternehmen Portland General Electric (PGE) in Oregon (USA) hat ein Pilotprogramm (TAGES Thermal Approach to Grid Energy Storage) und untersucht die mögliche Nutzung von Zustandsveränderungen von Wasser zu Eis (oder Matsch) zur Speicherung von Energie, mit der Verwendung eines Wärmetauschers, um die Energie später, wenn nötig, zu extrahieren. Dieses System könnte auch Abwärme aus einem konventionellen Kraftwerk nutzen. 80% Wirkungsgrad der Rückgewinnung ist theoretisch möglich.

      Geschmolzenes Glas

      Halotechnics in Emeryville, Kalifornien, schlagen ein System vor, bei dem die Energie durch Schmelzen von phosphatbasiertem Glas, das einen relativ niedrigen Schmelzpunkt aufweist gespeichert wird. Die sehr niedrigviskose Flüssigkeit (verhält sich wie Honig bei 400 ° C) kann als Flüssigkeit gepumpt werden und die thermische Energie, die bei der Abkühlung freigesetzt wird, verwendet, um Dampf für eine herkömmliche Turbine zu verdampfen. Es plant, einen Versuch an einer Aluminium-Anlage zu laufen, mit Ausnutzung der Abwärme aus dem Verhüttungprozess.

      Druckluft

      Die Luft benötigt Energie, um komprimiert zu werden, und gibt sie bei Bedarf frei. Die Luft kann unter Wasser gelagert werden, wo das Gewicht des Wassers den erforderlichen Druckaufbau gewährleistet. Alternativ könnte die Luft in aufgegebene Minenschächte oder in Salzbecken aufbewahrt werden.

      Das Pumpspeicherkraftwerk

      Nicht eine neue Technologie, sondern in einem Anstieg der Interesse. Überschüssige Energie wird verwendet, um Wasser zu einem Speichersee für die spätere Wasserkraft zu pumpen.

      ARES

      ARES (Advanced Rail Energy System), Fortgeschrittenes Schienenenergiesystem, ist ein Pilotprogramm von Valley Electric Association, Nevada, um elektrische Energie durch ein System zu speichern, in dem das Gravitationspotential eines stark beladenen Zuges elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen während niedriger Nachfrageperioden speichert, und gibt es während der hohen Nachfrageperioden frei, indem man den Zug eine 6-8% Gradsteigung wieder hinunter fährt.

      Das Testsystem ist für 50 MW ausgelegt, aber die Firma behauptet, die Kapazität eines 500 MW-Systems zu verdoppeln und die Investitionskosten (um 1.100 $ / kW, $4.400 / kWh) nur um 20% zu erhöhen. Kosten Vergleich mit anderen Speichersystemen:

      • ARES: $1,100 /kW
      • Lithium-Ionen-Batterien: $1-2,000 /kW
      • Druckluftspeicherung: $1,600-2,200 /kW
      • gepumpt Wasserspeicher: $1,200-2,100 /kW
  • Energiespeicherung
    • Die Energiespeicherung ist ein wichtiges Element bei der Herstellung, dem Transport und der effektiven Nutzung von Elektrizität. Bis vor kurzem wurden die meisten Elektrizität in großen Kraftwerken erzeugt und auf Anfrage verwendet und nicht gespeichert. Jetzt gibt es großes Interesse an großen Lagersystemen, die ein zentraler Bestandteil der erneuerbaren Energiewende sein können.

      Die sechs Hauptkategorien des Energiespeichersystems sind:

      • Gepumpten Speicherwasserkraft
      • Die Schweiz ist in der Lage, ihre alpine Lage zu nutzen, um Wasser von niedrigen Reservoirs zu erhöhten Reservoirs zu pumpen. Dies geschieht unter Verwendung von Strom aus Windenergie oder aus importiertem Strom in Zeiten, in denen der Preis niedrig ist, so dass das Wasser freigesetzt werden kann, um Strom in Spitzenzeiten zu erzeugen, wenn der Preis hoch ist.

      • Thermische
      • Überschüssige Energie kann in großen Massen oder Salzkörpern gespeichert werden. Elektrizität kann erzeugt werden oder die thermische Energie wird direkt später verwendet.

      • Festkörper-Batterien
      • Batterien übernahmen die statische Ladungslagerung Leyden-Glas, als um 1800 Alessandro Volta entdeckte, dass zwei verschiedene Metalle, die durch saures, eingeweichtes Pergament getrennt waren, Elektrizität freisetzen konnten - die Batterie. Heute sind Batterien ein breites Spektrum an elektrochemischen Lagersystemen und einschliessen so genannte "fortgeschrittene Batterien" und Kondensatoren (geladene Platten).

      • Fliess Batterien
      • Großbatterien können Tanks von flüssigen Elektrolyten verwenden. Diese können Energie schnell und effizient freisetzen.

      • Schwungräder
      • Eine alte Technologie wiederbelebt, um kleine bis große Kraft auf Nachfrage von Rotationsenergie zu liefern.

      • Druckluft-Energiespeicherung
      • Energie kann durch Druckluft gelagert werden. Durch die Freigabe durch ein Ventil kann Strom erzeugt werden.

  • Pumpspeicherkraftwerk
    • Ein Pumpenspeichekraftwerk (oder Pumpspeicherwerk PSW, und in der Schweiz, Umwälzwerk) , speichert Energie in Form von potentieller Energie von Wasser. Es wird verwendet, um überschüssigen Strom zu speichern, der während der niedrigen Nachfrageperioden produziert oder importiert wird. Das Wasser wird während der spitzen Nachfrageperioden wieder entladen um durch Generatoren zu fliessen und elektrische Energie zu erzeugen. Bei Wirkungsgraden von mindestens 70% bis über 80% über einen Pumpenzyklus ist es das häufigste großflächige elektrische Energiespeichersystem im kommerziellen Gebrauch.

      Die Pumpenlager-Wasserkraft ist ein primäres Element bei der geplanten Nutzung erneuerbarer Energien im GIR (Green Industrial Revolution). Ein großer Nachteil der Windenergie ist seine Intermittenz. Indem man einer Windkraftanlage erlaubt, jederzeit Strom zu erzeugen, wenn der Wind stark ist, kann die Elektrizität immer verwendet werden, um Wasser auf das erhöhte Reservoir zu pumpen. Dieses Wasser kann dann verwendet werden, wenn die Nachfrage am höchsten ist, unabhängig von Windbedingungen. Dieses Pump-Zyklus-System ist bei allen Wetterbedingungen, jede Jahreszeit und 24/7 verfügbar.

      Die DOE Global Energy Storage Datenbank schätzt, dass die Gesamtkapazität von PSH weltweit 168 GW übersteigt.

      Die effektive Effizienz beträgt 65-70%: ca. 1,4 kWh, die von einer Windenergieanlage erzeugt und in einem gepumpten Vorratsbehälter gelagert werden, erzeugen bei Bedarf weitere 1,0 kWh. Ein hydraulischer Turbinengenerator hat einen hohen Wirkungsgrad (mehr als 95%) und Wasserpumpen sind weniger effizient.

      Die Kapitalkosten dürften mit denen eines konventionellen Projekts übereinstimmen, d.h. zwischen $1000/kW und $3000/kW.

  • Batterien
    • Batterien wurden von Alessandro Volta um 1800 erfunden, als erste Mittel zur Speicherung von elektrischer Energie. Sie bleiben eine Schlüsseltechnologie für den Übergang zur sauberen Energie.

      Lithium-Batterien

      Lithium-Batterien sind die Wahl von Elon Musk und seine $ 2-Milliarden Gigafactory für Tesla Elektrofahrzeuge. Dies wäre jedoch teuer und relativ unflexibel für die Bedürfnisse der Netzspeicherung. Die unregelmäßigen Lasten aus erneuerbaren Energien würden zu viel Variation in der Last verursachen.

      AES, ein globales Energieunternehmen, entwickelt ein großes Lithium-Ionen-Batterieprojekt.

      Natrium als Alternative zu Lithium wäre billiger, da Natrium mehr vorhanden ist.

      Flow-Batterien

      Energy Storage Systems (ESS) in Portland, Oregon, schlägt eine Lösung von Eisen-Ionen in Wasser vor. Als Flüssigkeit eröffnet dies die Möglichkeit, die Elektrolyte in Autos "abzutanken", anstatt darauf zu warten, dass eine Batterie in üblicher Weise aufgeladen wird.