Speichertechnologien für Erneuerbare

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1 EnergieCampus Karlsruhe Speichertechnologien für Erneuerbare Prof. Dr. Werner Tillmetz Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) Baden-Württemberg -1-

2 ZSW Standorte Stuttgart: Photovoltaik, Energiepolitik und Energieträger, Zentrale Dienste Ulm: Areal Elektrochemische Energietechnologien Widderstall: Solar-Testfeld Ulm: ZSW Labor für Batterietechnologie (elab) -2-

3 Elektrochemische Energietechnologien Batterien - Brennstoffzellen - Wasserstoff - Modellierung, Simulation, Charakterisierung von Aktivmaterialien - Optimierung von Komponenten und Technologien - Erprobung, Bewertung und Qualifikation von Komponenten und Systemen ZSW elab, Lise-Meitner Straße 24 ZSW Hauptgebäude, Helmholtzstraße 8-3-

4 Anwendung der Energiespeicherung: Glätten der Bedarfsspitzen (load levelling, peak shaving) saisonal täglich stündlich Unterbrechungsfreie Stromversorgung Dauer abhängig von Netzqualität, Ausfallrate Verbesserung der Netzqualität Spannungsschwankungen Frequenzverschiebung Speichertechnologien Autarke Stromversorgung (in Verbindung mit EE) >> Leistungsanforderungen von Sekundenbruchteilen bis zu vielen Stunden -4-

5 Speichertechnologien Art der Speicherung Elektrostatisch Elektrochemisch Kinetisch Potentielle Energie Thermochemisch Thermisch Magnetisch Speichertechnologie Supercaps Batterien, regenerative Brennstoffzellen Schwungradspeicher Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicher (Compressed air energy storage, CAES) Dissoziation von Ammoniak, Methan Latentwärmespeicher Superconducting magnetic energy storage, SMES Einsatz kann erzeugernah oder verbrauchernah erfolgen! -5-

6 Vergleich Speichertechnologien Leistung/Energie Quelle: EnBW -6-

7 -7- Energiespeicherung mit Pb-Batterien (PV-Inselversorgung)

8 Ni/Cd-Batterie Abb.: Netzunterstützung Fairbanks, Alaska Daten: 5,2 kv Spannung, 27 MW (15 min), 40 MW (7 min), 46 MW Maximalleistung. Lebensdauer 20 Jahre bei 100 Vollzyklen und 500 Teilzyklen, Gesamtkosten 35 Mio. US-$. -8-

9 Na-S - Batterie Quelle: -9-

10 Die Vanadium Redox Flow Battery (VRB) Pos: VO H + + e - VO 2+ + H 2 O Neg: V 2+ V 3+ + e - Lebensdauer: Zyklen und mehr (Herstellerangaben) -10-

11 Die Brom/Polysulfid Redox Flow Batterie - Das Regenesys System - Little Barford, Südengland 120 MWh / 15 MW XL-Module mit je 100 kw geplante Anzahl: 120 Module Das Projekt wurde im Dezember 2003 aufgrund zahlreicher Verzögerungen abgebrochen. -11-

12 Dezentrale Photovoltaik Systeme Optimierung Eigenverbrauch mit Batteriespeicher Eigenverbrauch erhöht von etwa 30% auf 60% bei typischem Haushalt und angepaßter PV-Anlagengröße Quelle: Fraunhofer IWES, M. Braun et.al. PVSEC

13 Sol-ion System A.Schmiegel, PV Symposium, Staffelstein März

14 Anforderungen an Batterien für stationäre Speicher Sicherheit (Leistungsdichte) Batterie (Energiedichte) Kosten Lebensdauer (Zahl der Vollzyklen und kalendarisch Kosten pro kwh gespeicherte Energie sind entscheidend -14-

15 Installierte Leistung >>> Typischer Lastgang im deutschen Stromnetz: GW! -15-

16 Elektrolyse-Wasserstoff + Erneuerbare Energien - Speicherung von Überschussstrom - Verlagerung fluktuierender Stromerzeugung in Hochlastzeiten - Flexibilität in der Erzeugung (dezentral/zentral) - Flexibilität in der Verwendung - Kraftstoff - Rückverstromung (inkl.wärmeerzeugung) - chemische Nutzung - Flexibilität in der Stromquelle (Wind, PV, Wasser, Solarthermische Kraftwerke) -16-

17 Elektrolyse-Wasserstoff + Erneuerbare Energien Quelle: Hydrogenics -17-

18 Fazit Fazit Investitionskosten und Zyklenlebensdauer sind entscheidend für stationäre Energiespeicherungen. Heutige Batterien eigenen sich auf Grund hoher Materialkosten für geringe Energiemengen (kurze Speicherzeiten). Neue Technologien wie Metall-Luft- und Redox-Flow-Zellen sind noch am Anfang der Entwicklung. Für große Energiemengen ist Wasserstoff der beste Energiespeicher -18-