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Stromspeichertechnologien

Stromspeichertechnologien. Definition:

Anita
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Stromspeichertechnologien

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Presentation Transcript

  1. Stromspeichertechnologien Stromspeichertechnologien • Definition: • Als Stromspeicher werden Energiespeicher bezeichnet, in die durch Stromfluß elektrische Energie über einen Energiewandler in einer anderen Energieform eingeladen wird. Die Entnahme erfolgt über den gleichen oder einen anderen Wandler durch elektrischen Strom. • Benennung auch Sekundärspeicher, da Primärspeicher Kohlen-wasserstoffe und Kernbrennstoffe • Direkte Speicherung von elektrischer Energie nur in Kondensatoren und Magneten • Bei indirekter Speicherung durch Wirkungsgrad des Wandlers teilweise hohe Verluste

  2. Energieform Wandler Laden Entladen Speicher Gesamtwir- kungsgrad % Spez. Speicher- fähigkeit* kWh/m³ elektrische elektrische • - • - Kondensator supraleitender Magnet > 90 80 – 90 0,3 15 potentielle Pumpe Wasserturbine Wasserturbine mit Umkehrbetrieb Hydraulischer Pumpspeicher 70 – 80 0,5 – 0,8 ²* (300bar) Pneu-matische Verdichter Gasturbine Druckluft-speicher 65 – 70 5 – 8²* (60 bar) Kinetische Motor Generator Schwungrad- speicher 70 50 - 100 Chemisch gebunden Batteriestromrichter Elektrolyse Brennstoffzelle Batteriespeicher Wasserstoffsp. 65 – 80 30 – 50 30 – 100 100 – 120²* 40 bar Stromspeicher : Speicherarten, Möglichkeiten der Energiewandlung und die Energieform der Speicherung Stromspeichertechnologien *Abhängig von Konstruktion und Auslegung ²* druckabhängig aus: VDI Lexikon Energietechnik Stromspeichertechnologien

  3. Stromspeichertechnologien Speicher luden regelmäßig nachts Speicher entluden tagsüber fast regelmäßig Speicher be - und entladen unregelmäßig Stromspeichertechnologien Aufgrund der Verluste erscheint Stromspeicherung nur sinnvoll bei Überproduktion in abnahmeschwachen Zeiten und Preisdifferenz zwischen Überschuß- und Spitzenlastzeiten - Früher: Grundlastproduktion der konventionellen Kraftwerke auch nachts, erzeugten billigen Überschußstrom Ergänzung der Spitzenlast tagsüber - Heute : Unregelmäßige Strom- produktion durch Wind - und Solarenergie Erneuerbare Energien erfordern Mehraufwand in Aufbau und Regelung von Stromspeichern

  4. Stromspeichertechnologien Pumpspeicherkraftwerke • Definition: Pumpspeicherkraftwerke sind Wasserkraftwerke, die auf dem Prinzip der Pumpspeicherung beruhten, d.h. deren Speichervorrat ganz oder teilweise durch Pumpen bereitgestellt wird. • Unterscheidung „reine“ und „gemischte“ Pumpspeicherwerke, • „reine“ füllen ihren Wasservorrat ausschließlich durch Pumpen, • „gemischte“ haben auch noch einen natürlichen Zufluß • Geschichte: Pumpspeicherwerke in Deutschland seit 1926 ( Gesamt 600 MW) weltweiter Aufschwung seit 1950 in Ergänzung zu thermischen Grundlastkraftwerken • Vorraussetzungen für den Bau : • Geländebedingungen – Grundfläche und Höhendifferenz, • und sonst noch Wasser, Klima und Nähe zum Leitungsnetz müssen .vorhanden / gegeben sein • Baugröße : 67,5 MW (Österreich) bis 2 100 MW (USA) • Entwicklung - Wirkungsgradsteigerung : 70% (1932) 82 % (2004)

  5. Stromspeichertechnologien Pumpspeicherkraftwerke • Pumpspeicherwerk Herdecke: • (1) Hengsteysee (Unterbecken) • (2) Speichersee (Oberbecken) • (3)alte Druckleitung • (4) altes Maschinenhaus • (5) neu: unterirdischer Druckstollen mit Maschinenhaus • Besonderheiten: Unterbecken natürlich, Alt- und Neuanlage direkt nebeneinander • Neuanlage: 150 MW Quelle: www.udo-leuschner.de

  6. Anlage Leistung in MW Anlage Leistung in MW Bath Country / USA 2 100 Shin Tovone / J 1 125 Ludingtow / USA 1 755 Vianden / Luxemburg 1 080 Dinorwig / UK 1 620 Goldisthal / G 1 060 Raccoon/USA 1 600 Markersbach / G 1 050 Shi Takase-gawa /J 1 280 Roncovalgrande / I 1 024 Gr. Maison / F 1 224 Coo / B 1 015 Oku-Yoshino / J 1 212 Edolo / I 1 000 Zagorsk/ehe. UdSSR 1 200 Drakensberg / SouthA 1 000 Piastra / Italien 1 280 Montezic / F 900 Pumpspeicherkraftwerke • Insgesamt in Deutschland: 33 Pumpspeicherwerke mit 6797 MW • Weltweit : 280 Pumpspeicherkraftwerke mit ca.50 000 - 82 000 MW • (Stand 10/2004 ,MW von privater Seite) • Zu den größten zählten 2004: Quelle : VDI –Lexikon Energietechnik Stromspeichertechnologien

  7. Stromspeichertechnologien Pumpspeicherkraftwerke • Technische Vorteile: • Beliebig lange Vorhaltezeit, da kein Speicherverlust • Schnelle Ein- und Umschaltzeiten (45 s bis 72 s) • Augenblicksreserve • Zukünftig : - In Deutschland kaum noch freie Geländekapazitäten, nur Modernisierung - Weltweit weiterer Neubau, wo Kapital und Gelände gegeben • Probleme: - Ökologische Probleme beim Neubau durch Stauwehr und neuangelegte Becken - Akzeptanszprobleme in der Bevölkerung

  8. Stromspeichertechnologien Druckluftspeicher – Hybridtechnik - • Definition: Das Druckluftspeicherkraftwerk korrekter: Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerk ist ein Spitzenlastkraftwerk, das aus Gasturbinenanlagen besteht, bei denen Verdichter und Turbine unabhängig voneinander und damit zeitlich getrennt betrieben werden, und Speichern für verdichtete Luft. • Neue Technologie, erstes KW 1979 in Huntorf (BRD), seitdem nur noch 1991 McIntosh (USA) englische Bennenung : Compressed Air Energy Storage CAES • Beides Hybridwerke: • Prinzipielle Arbeitsweise wie PumpspeicherKW plus Gasturbine was Base- und Peaklaod angeht • im Base: Verbrennungsluft födern, verdichten auf 45 bis 60 bar und im Peak-laod nutzen der Verbrennungsluft in Gas- oder Öl-Feuerung • Anwendung zwecks Wirkungsgradsteigerung des SpitzenlastKWs und Senkung des Brennstoffverbrauches und CO² Ausstoßes um 40 – 60 % plus Augenblicksreserve des Luftspeichers

  9. Stromspeichertechnologien Druckluftspeicher Quelle: Deutsche Energie Agentur GmbH Konzept einer CAES – Anlage im Verbund mit einem Windpark Adiabate CAES – Anlage

  10. Stromspeichertechnologien Druckluftspeicher – Hybridtechnik - • Baubedingungen: - In der Nähe von Grundlastkraftwerken oder Wind- und Solaranlagen - Vorhandensein unterirdischer Speicher z.B. Salzkavernen von Vorteil • Daten KW Huntorf : Turbinenbetrieb 290 MW über 2 h Kompressorbetrieb 60 MW über 8 h • Daten KW McIntosh: Turbinenleistung 110 MW über 26 h • Zukünftig: Anwendung möglich zwischen Windpark und Netz Gleichmäßige Regelung zur Direkteinspeisung des Windstroms (möglich bei Änderung der Gesetze) • In Planung: - EnBW in Deutschland an der Nordseeküste mit 150 bis 600 MW - mehrere Anlagen in den USA , die größte in Norton, Ohio mit 2.700 MW Speicherleistung über 8 Tage entspricht 520.000MWh

  11. Stromspeichertechnologien Kondensator • Definition: Kondensatoren speichern Energie in Form eines elektrischen Feldes. • Formen: – konventionelle Kondensatoren (physikalische K) • Supercapacitoren ( neu: elektrochemische K) • Supercapacitoren sind Doppelschichtkondensatoren mit Verschiebung von Elektronen und Massen (Ionen): • Entnehmbare Leistung > Batterie • Speicherbare Energie > konventioneller K • Nachteile : Benötigter Konverter wegen fallender U(t) Kennlinie • Daten: konv. Kondensator Supercap • Kapazität 100 F 4000 F • Energiedichte 0,4 kWh/m³ 10 kWh/m³ • Energiespeicherkap. 16 kWh 40 kWh • Leistungsvermögen 10 MW 100 kW

  12. Stromspeichertechnologien Kondensatoren - Supercap Doppelschichtkondensatoren Elektrolyt zwischen zwei Metallelektroden Verteilung nach Aufladung

  13. Stromspeichertechnologien Supraleitender magnetischer Energiespeicher • Supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES) speichern elektrische Energie magnetisch in Spulen aus supraleitendem Material. • Ausgeführte SMES: konventionelle NbTi-Supraleiter, tiefgekühlt mit flüssigem Helium (Low-Temperatur) • Erste Versuche : SMES mit Hoch-Temperatur-Supraleiter • Installation (in einem Sägewerk): SMES (L-T) mit 250 kJ zur kurzzeitigen Lastanpassung in 2003 vom fzk (Forschungszentrum Karlruhe) Zugriffszeit 0,02s • Versuche mit SMES: L-T : Leistungsvermögen 1 MW bei 133 kWh Energiespeicherkapazität • Viele Entwicklungsmöglichkeiten

  14. Stromspeichertechnologien Supraleitender magnetischer Energiespeicher SMES- Anlage von Kyushu Electric Power SMES – Torus aus 6 Spulen , Leistung 1 MW

  15. Stromspeichertechnologien Schwungradspeicher • Definition: Im Schwungradspeicher wird kinetische Energie gespeichert. • Zweck: Glättung kurzzeitiger Last- und Leistungsschwankungen • Erzielung hoher Leistungsspitzen • Überbrückung von Unterbrechungen • Speicherung • Augenblicksreserve • Mobile (Gyrobus 1950) und stationäre Anwendung möglich, letztere kaum ausgebaut wegen • Hohem Speicherverlust • Geringer Energiedichte • Bis 1980: fehlende Materialentwicklung • Aber: Leistungsspitzen möglich ,sowie große Zahl von Lade- und Entladevorgängen möglich und somit Nischennutzung • Bei Weiterentwicklung (Faserverbundstoffe anstatt Stahlrotoren) vielfältige Möglichkeiten – Fahrzeuge, Glättung, Notstrom, Wissenschaft und Raumfahrt

  16. Stromspeichertechnologien Schwungradspeicher Schwungradspeicher im Garchinger Max-Planck-Institut für Plasmaphysik Daten: Masse 230 000 kg max. Energieinhalt 400 kWh Leistung bis zu 155 MW ( 10 s) Quelle : VDI Lexikon Energietechnik

  17. Stromspeichertechnologien Batterien • Definition: In der Regel versteht man unter Batterien die Kombination von zwei oder mehreren elektrochemischen Zellen (galvanischen Elementen) durch Parallel- oder Serienschaltung. • Man unterscheidet: Primärbatterien Sekundärbatterien – auch Akkumulatoren gennant • Primärbatterien – zum einmaligen Gebrauch • Sekundärbatterien – Wiederaufladbar • Vorteil der Akkumulatoren : großer Einsatzbereich : – Stromquellen tragbarer Geräte, Starterbatterien, Automobilantriebsbatterien ,ortfeste Anlagen für die Notstromversorgung und Spitzenlastdeckung sowie Inselbetriebsnetzversorgung • In Japan sind seit 1995 im „Moonlight Project“ zahlreiche Systeme mit 0,1 bis 6 MW installiert worden. • In Deutschland 1994 die Batteriereserve im Inselbetrieb in Berlin abgeschaltet

  18. Stromspeichertechnologien Batterien Alter Batterieraum der Bewag Berlin -Steglitz Akkumulatorengebäude in Ohito,Japan Quelle :VDI Lexikon Energietechnik Quelle: Handbook of Batteries Einer von 12 Batterieräumen Sofortreserveleistung: 17 MW für 20 – 30 min 1994 abgeschaltet 6 MW / 48 MWh NGK sodium/sulfur Batteriesystem betrieben seit 1997

  19. Stromspeichertechnologien Wasserstoff • Zwischenspeicherung elektrischer Energie in Wasserstoff als späterer Brennstoff für Gasakkumulatoren – Brennstoffzellen. • Vorteil : a) Brennstoffzelle – Leistung und Kapazität des System unabhängig voneinander wählbar • b) Wasserstoffgas – Lagerung direkt als Gas ohne Verlust bei neuerdings wachsender technischer Realisation • c) verschiedene Herstellungsverfahren – Technik wählbar nach RB • Herstellungsverfahren : Dampfreformierung, Partielle Oxidation, Elektrolyse von Wasser, aus Biomasse, Kraemer – Verfahren, Thermische Dissoziation • Nachteil : noch geringer Wirkungsgrad ca 45 %, aber : viel Forschung

  20. Stromspeichertechnologien Stromspeichertechnologien • Resümee: Sehr unterschiedliche Technologien entwickelt nach Bedarf in den letzten 130 Jahren decken ein weites Spektrum ab • In jedem Lastbereich und für jede Anwendung, ob mobil oder stationär • Durch die regenerativen Energiesparten Wind und Solar weiterhin viel Bedarf • In allen Gebieten weiterhin Forschung – teilweise Wirkungsgradsprünge

  21. Stromspeichertechnologien Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !

  22. Stromspeichertechnologien Quellenverzeichnis • Schaefer, Helmut: „ VDI – Lexikon Energietechnik“, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf VDI-Verlag, 1994 • Carstens, Jan Hanno; „Aktives Filter mit Energiespeicher zur Anwendung mit Windenergieanlagen“, 1. Auflage Berlin; Köster, 2002, ( Wissenschaftliche Schriftenreihe Windenergienutzung, Bd. 3), Zugl.:Berlin, Technische Universität, Dissertation 2002 • Die Deutsche Bibliothek – CIP – Einheitsaufnahme; „Energiespeicherung für elektrische Netze“ : Tagung Gelsenkirchen, 10. und 11. November 1998 / VDI – Gesellschaft Energietechnik – Düsseldorf; VDI Verlag, 1998 (VDI-Berichte ; 1404) • Die Deutsche Bibliothek – CIP – Einheitsaufnahme; „ Entwicklungstrends in der Energietechnik“ : Vorträge der ETG-Fachtagung anlässlich des VDE – Kongresses `94 am 19. und 20. Oktober 1994 in München / Veranstalter : Energietechnische Gesellschaft im VDE (ETG). Wiss. Tagungsleitung : Wolfram BOECK _ Berlin; Offenbach: vde-verlag, 1994 (ETG-Fachberichte ; 54) • Haus der Technik – Vortragsveröffentlichungen; „Energiespeicher“ Heft 451, Herausgeber: E. Steinmetz, Essen : Vulkan-Verlag Dr.W. Classen, 1982 • Riedel, Peter : „Einsatz supraleitender magnetischer Energiespeicher in der Energie- versorgung“ , Fortschrittsbericht, VDI Reihe 6 Nr. 314, Düsseldorf : VDI-Verlag 1994 • Linden, David ; Reddy, Thomas B.: “Handbook of Batteries“, 3. ed. New York, NY [u.a.] : McGraw-Hill, 2002

  23. Stromspeichertechnologien Quellenverzeichnis • Die Deutsche Bibliothek – CIP – Einheitsaufnahme; Winkler, Wolfgang: „Brennstoffzellenanlagen“, Berlin :Springer, 2002 ( VDI - Buch) • Internet: • www.electricitystorage.org • „www.doc.ic.ac.uk/~mpj01/ise2grp/energystorage_report/storage.html“ • www.en-o-de.com • de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Kraftwerke • umweltministerium.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/erneuerbare_energien_zahlen.pdf • www.fzk.de • www.fzk.de/fzk/groups/oea/documents/presseinformationen/id_051940.pdf • www.destatis.de/ • epp.eurostat.ec.europa.eu/ • epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page?_pageid=1090,30070682,1090_33076576&_dad=portal&_schema=PORTAL

  24. Stromspeichertechnologien Quellenverzeichnis • Internet: • www.vattenfall.de/bewag • politikwiki.de • www.bineinfo.de • http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2003H/AKE2003H_Vortraege/AKE2003H03_Crotogino_CAES_Windausgleich.pdf • www.enviam-welt.de/welt/energie_und_wissen • www.mygeo.info/statistiken.html • www.rwe.com/generator.aspx/rwe-power-icw/standorte/wasserkraftwerke/herdecke/language=de/id=8798/herdecke-page.html • www.udo-leuschner.de/basiswissen/SB107-002.htm • www.udomi.de/fuelcell/ultracap-basics.html • www.verivox.de/News/

  25. Stromspeichertechnologien Quellenverzeichnis • Internet: • www.eglofs.rv.schule-bw.de/energie • www.energie-fakten.de • Energie1.physik.uni-heidelberg.de • www.heise.de/newsticker • www.heise.de/tr/artikel • www.rosseta.de • de.geocities.com/infotaxi/

  26. Stromspeichertechnologien Backup

  27. Batterien Übersicht über Sekundärbatterietypen – Benennung nach Material Knopfzellen Tragbare Batterien Stationäre und Fahrzeug- Batterien sowie Speicher Stromspeichertechnologien

  28. Stromspeichertechnologien Batterien • Übersicht über Sekundärbatterietypen – Bennenung nach Material Leistung Batteriesystem Anwendungsgebiete gering NiCd –Nickel-Cadmium-Akku Radio, Hörgeräte, Blitzgeräte Knopfzellen Mittel Pb-Bleiakku, NiCd - Akku, CdAg –Akku Rechner, elektr. Instrumente, Tragbare Batterien Lith, LithIo, AlMn, Funkgeräte, Gaswarngeräte Belastung hoch: Pb-Akku , NiCd , ZnAg , CdAg Notbeleuchtungen, Alarmsysteme Li-PolymerTragbare Werkzeuge Groß Belastung mittel: Pb, CdNi, FeNi Eisenbahn-Signalanlagen, Stationäre u. Unterwasserantriebe, Gabelstapler Fahrzeugbatterien Belastung hoch: Pb, CdNi, ZnAg und Flutlicht, Notstrom, Weiterentwicklungen wie Metall/Luft , Starterbatterien für med. Apparate, ZnBr -Akku, Sodium/Nickel-Chloride Stromversorgung in Satelliten, und Sodium/Sulfur-Akku (NaS) E-Mobile, Spitzenlastspeicher

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