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Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien. Elektrische Energiespeicher. Matthias Rzepka ZAE Bayern, Abteilung 1 Walther-Meißner-Str. 6 85748 Garching. E-mobility. Netz-Management. Portable Geräte. Portable Geräte.

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elektrische energiespeicher

Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V.

Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien

Elektrische Energiespeicher

Matthias Rzepka

ZAE Bayern, Abteilung 1Walther-Meißner-Str. 6 85748 Garching

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E-mobility

Netz-Management

Portable Geräte

Portable Geräte

EnergetischeAspekte

Komfort

Elektrische Energiespeicher

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Erneuerbare Energien - Stromeinspeisung

Anteil EE am Stromverbrauch in Deutschland

17 GW

slide4

Windkraft-Speicherung

17 GW

17 GW * 24 h = 400 GWh

slide5

EEX - Spotmarkt

Euro / MWh

Stunde

slide6

Übersicht

Elektrische Energiespeicher

Mechanische Speicher

Schwungrad

Hydraulische Speicher

Pumpspeicher Druckluftspeicher

Elektrische Speicher Supraleitende Spulen

Doppelschicht-Kondensatoren

Elektrochemische Speicher Batterien (Blei, Metall-Luft, Lithium-Ionen, Natrium-Hochtemperatur) Redox-Flow-Zellen PEM-Brennstoffzelle

slide7

Reibung

Vakuumpumpe, Magnet

Motor/Generator

Schwungrad - Speicher

W = ½ * J * w2

+ Tiefentladung+ T-unabhängig+ SOC-Messung

1000 kWh / 100 MW

10 kWh / 1 MW

slide8

Pumpspeicher-Kraftwerk

Deutschland 2009:

30 Kraftwerke7000 MW

40000 MWh

z. Vgl: 24000 MW Windkraft

Neue Standorte ?

slide9

1,6 kWh

0,8 kWh

1,0 kWh

Druckluft-Speicher (CAES)

z. Vgl: Gasturbine

70 bar

290 MW / 600 MWh / 300.000 m3

Mit Rekuperator: 54 %

slide10

Advanced Adiabatic Druckluft-Speicher (AA-CAES)

Ohne zusätzlichen Brennstoff !!

Entwicklungspotential: Wärmespeicher und –übertrager(s. Kapitel „Wärmespeicher“)

slide11

Tc

Kühlung

Verluste

I critical

Kosten

high

high

low

NbTi

9,3 K

He

La/Ba/Bi-Oxid

~ 100 K

N2

low

low

high

Supraleiter (SMES)

W = ½ * L * I2

T < Tc

 Kühlung (Verluste)

Hauptvorteil:Kurze Ansprechzeiten (<< ms)

1 kWh / 1 MW

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Doppelschichtkondensatoren (Supercaps)

C = e A / dA > 3000 m2/g d < 1 nm

W = ½ * C * U2

Helmholtz-Schicht

Entwicklungspotential:Nicht-wässrige Elektrolyten  URedox-Reaktionen (Ultracaps)  e

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Elektrochemische Speicher

Primärzellen, (“Batterien”, geschlossenes System, nicht wieder aufladbar)

Sekundärzellen (“Akkumulatoren”, geschlossenes System, elektrisch wieder aufladbar)

Brennstoffzellen (Offenes System, kein reversibler Betrieb)

Redox-Flow-Batterien (Offenes System, reversibler Betrieb möglich)

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Elektrochemische Speicher - Wirkungsgrad

Laden

Spannungswirkungsgrad =

U(out) / U (in)

Entladen

Faraday-Wirkungsgrad = Q(out) / Q (in)

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1 - 2 Gew.%

Ni-Metallhydrid

U = 1,32 V

Wässrige Kalilauge -> T > 0 °C

empfindlich auf Überladung / Tiefentladung

Keine großen Sicherheitsprobleme

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Lithium-Ionen

NichtwässrigerElektrolyt

U = 3,7 V (Mn)

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Natrium-Hochtemperatur

Elektrolyt: b-AluminiumoxidLeitfähig für Na+ ab ca. 300 °C

U = 2,06 V

ThermischeVerluste

Variante: ZEBRA (NiCl statt Schwefel)

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Redox - Flow

Vorteile:

Unabhängige Skalierung von Leistung und Energie

Kurze Ansprechzeiten

hoher Wirkungsgrad

Überlade/Tiefentladungs-Toleranz

Lange Lebensdauer

U = 1,3 V

slide20

Wasserstoff: Alkalische Elektrolyse + PEM

Wasser-stoff-speicher

Gesamtwirkungsgrad 37 %

slide26

Alternativen zur direkten Stromspeicherung

Regelbare Gaskraftwerke (Stand der Technik)

  • Lastmanagement, d.h. zeitliche Verschiebung von
    • elektrischen Verbrauchern (Industrie, Haushalt)
    • Wärmebereitstellung
    • Kältebereitstellung

Netzverbund (Europaweit, MENA, weltweit)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !