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Wörterbuch

Globaler Netz-Speicher-Markt

Energiespeicherung ist ein wichtiges Element bei der Erzeugung, dem Transport und der effektiven Nutzung von Elektrizität. Der meiste Strom wird in großen Kraftwerken erzeugt und bedarfsgerecht genutzt und nicht gespeichert. Heute gibt es ein großes Interesse an Großspeichersystemen, die ein zentraler Bestandteil der Erneuerbaren-Energie-Revolution sein können.

Energiespeicherung ist ein wichtiges Element bei der Erzeugung, dem Transport und der effektiven Nutzung von Elektrizität. Der meiste Strom wird in großen Kraftwerken erzeugt und bedarfsgerecht genutzt und nicht gespeichert. Heute gibt es ein großes Interesse an Großspeichersystemen, die ein zentraler Bestandteil der Erneuerbaren-Energie-Revolution sein können.

Die Unregelmäßigkeit der erneuerbaren Stromerzeugung aus Wind und Sonne hat dazu geführt, dass die überschüssige Energie effizient für die spätere Nutzung gespeichert werden muss. Gepumpte Wasserkraft und Batterien sind die traditionellen Technologien, aber Forscher haben einige faszinierende und erfinderische Alternativen vorgebracht.

Pumpspeicherwerk PSW

Auch als Pumpspeicherkraftwerk und Umwälzwerk (Schweiz) gekannt. Keine neue Technologie, aber gewinnt heutzutage immer mehr an Beachtung. Überschüssige Energie wird verwendet, um Wasser in ein Reservoir zu pumpen, um es später für die Wasserkrafterzeugung zu nutzen. Es ist das gebräuchlichste System zum Lastausgleich, mit einer Effizienz im Bereich von 70-80% (d.H. 70-80% der Elektrizität, die zum Pumpen des Wassers in das Reservoir verwendet wird, kann bei der späteren hydroelektrischen Erzeugung zurückgewonnen werden). Es wird derzeit verwendet, um Preisunterschiede zwischen niedrigen und hohen Spitzenraten zu nutzen. Die Schweiz importiert zum Beispiel überschüssigen Strom aus Frankreich und Deutschland, und wenn die Nachfrage hoch ist, wird sie nach Italien exportiert. Dieser rein wirtschaftliche Zweck erhöht die Umweltbelastung und fördert keine bessere Organisation der Erzeugungskapazitäten.

Pumpspeicher bieten jedoch eine Teillösung in Gebieten mit Ressourcen, besonders alpine Regionen, für die Intermittenz groß angelegter erneuerbaren Energie. Leider wird der größte Teil der überschüssigen Windenergie in Regionen erzeugt, die weit von den meisten Pumpspeichern entfernt sind. Deutschland hat sehr wenig Pumpspeicherkapazität und sucht daher nach Batterien und Power-to-X-Lösungen. Die Schweiz sieht keine großflächige Windenergienutzung vor, so dass ihre enormen Pumpspeicherkapazitäten relativ schlecht genutzt werden. Norwegen hat bessere Möglichkeiten in diesem Bereich.

Weltweit gibt es 168 Gigawatt PSH-Kapazität, das entspricht etwa 7% der gesamten Stromerzeugungskapazität. Wie bei allen Wasserkraftwerken gibt es Kontroversen über Auswirkungen wie die Überflutung des Dammgebiets, Erdbebenprovokation, Biodiversität, und Beeinträchtigung der Landschaft.

Chemische Batterien

Batterien übernahmen die statische Ladungsspeicherung von Leyden-Gläsern, als um 1800 Alessandro Volta entdeckte, dass zwei verschiedene Metalle, die durch mit Säure getränktes Pergament getrennt waren, Elektrizität freisetzen konnten. Heute sind Batterien eine breite Palette von elektrochemischen Speichersystemen und umfassen so genannte "Advanced-Batterien" und Kondensatoren (geladene Platten). Hochleistungsfähige Batteriesysteme werden für den Netzlastausgleich entwickelt, während die Sicherheit, die Umweltverträglichkeit und die Kostenfaktoren sich dramatisch verbessern.

Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Batterien sind die Wahl von Elon Musk und seiner 2-Milliarden-Gigafactory für Tesla-Elektrofahrzeuge. Diese können jedoch zu teuer und für die Anforderungen der Netzspeicherung relativ unflexibel sein. Die unberechenbaren Einspeisungen aus erneuerbaren Energien könnten zu große Lastschwankungen verursachen und die Batterien ineffizient machen. Preis ab Werk: $250 pro kWh. Die Gesamtkosten für eine 100-MWh-Anlage in Südaustralien beliefen sich auf 500 USD pro kWh oder 50 Cent pro Wattstunde, einschließlich des Anschlusses der Batterien an das Stromnetz. AES, ein globales Energieunternehmen, entwickelt ebenfalls ein groß angelegtes Lithium-Ionen-Batterieprojekt.

Bis Ende 2016 die Batterieanlagen in Amerika, angeführt von Großspeichern, sind auf 336 MWh gewachsen. Vieles davon ist in Kalifornien.

Natrium als Alternative zu Lithium, und wäre billiger, da Natrium häufiger vorkommt.

Quelle: The Economist, 18.03.17 S. 58: Elon Musk and batteries. Siehe auch GTM (Beratungsfirma) und Energy Storage Association (US).

Fließ-Batterien

Energy Storage Systems (ESS) in Portland, Oregon, schlägt eine Lösung vor, bei der Eisenionen in Wasser verwendet werden. Da dies flüssig ist, eröffnet dies die Möglichkeit, dass Autos ihren Elektrolyten "retanking", anstatt darauf zu warten, während eine Batterie den gewohnten Weg wiederauflädt.

Thermische Speicherung

Wenn Energie als Wärme gewonnen wird, wie z.B. durch solarthermische Strahlung, wäre die effizienteste Nutzung als Wärme, anstatt sie erst in Elektrizität umzuwandeln und dann in einem elektrischen Heizkörper wieder einzuspeisen. Wärme kann lange oder kurze Zeit in großen Körpern oder in Tanks mit geschmolzenem Salz gespeichert werden. Salz wird in konzentrierten solarthermischen Anlagen eingesetzt, um nach Sonnenuntergang oder bei Bewölkung Strom zu erzeugen.

Andere Speichersysteme

Schwungräder

Eine uralte Technologie wurde wiederbelebt, um kleine bis große Energie bei Bedarf aus Rotationsenergie zu liefern.

Druckluftspeicher

Luft nimmt die zu komprimierende Energie auf und gibt sie bei Bedarf frei. Die Luft kann unter Wasser gelagert werden, wo das Gewicht des Wassers die erforderliche Druckeinschließung liefert. Alternativ könnte die Luft in verlassenen Minenschächten oder in Salzbecken gelagert werden. Ein Projekt im Tessin, Schweiz, speichert Luft in einem horizontalen Schacht unter einem Berg, und gibt sie in einem neuartigen Wärmerückgewinnungssystem frei, um die Effizienzrate um bis zu 30% zu steigern.

Eis

Die Firma Portland General Electric (PGE) in Oregon (USA) hat ein Pilotprogramm (TAGES Thermal Approach to Grid Energy Storage - Thermischer Ansatz für Stromnetzspeicherung), dass untersucht der möglichen Verwendung von Zustandsänderung von Wasser zu Eis oder Matsch, um Energie zu speichern, und dann mit einem Wärmetauscher, die Energie später zu extrahieren, wenn benötigt. Dieses System könnte auch die Abwärme eines herkömmlichen Kraftwerks nutzen. Ein Wirkungsgrad von 80% 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.

Microgrid

Ein Microgrid ist ein kleiner, vernetzter Abschnitt des Stromnetzes, der seinen eigenen Strom aus dezentraler Erzeugung erzeugen kann und für den autonomen Betrieb vom Netz getrennt werden kann. Energiequellen sind: Sonnenkollektoren, Windturbinen, BHKW, geothermische Anlagen, Biogasanlagen. Microgrids können überschüssige Energie ins Netz einspeisen. Sie können auch große Batteriebänke haben, um überschüssige Energie für den eigenen Gebrauch zu speichern. Die 7.700 Solarmodule von Green Mountain erzeugen 2,5 MW bis 3.000 Haushalte und verfügen über genügend Lithium-Ionen- und Bleibatterien, um 3,5 MWh zu speichern.

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

Gesetzgebung und Richtlinien

Kalifornien hat 2013 ein Gesetz verabschiedet, das Energieunternehmen dazu verpflichtet, insgesamt mindestens 1,3 GW Speicherkapazität zur Verfügung zu stellen. Bei 1,75 kW pro Haushalt wäre dies für 750.000 Haushalte ausreichend.