Speichertechniken für die zukünftige Energieversorgung Energiespeicher-Symposium Stuttgart 06./07. März Ulrich Wagner

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1 Speichertechniken für die zukünftige Energieversorgung Energiespeicher-Symposium Stuttgart 06./07. März 2012 Ulrich Wagner

2 Energiespeicher strategische Elemente des zukünftigen Energiesystems - Energiekonzept der Bundesregierung & Atomausstieg: Umbau des Energiesystems nationales Projekt über 50 Jahre! - Ersatz konventioneller Kraftwerkskapazitäten durch teilweise fluktuierende, erneuerbare Energieträger (Wind, Sonne) - Nutzung von Abwärme in industriellen Prozessen - Ersatz von Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren im Verkehr Großer Bedarf an Speichern von Kurzzeit bis Langzeit und von klein bis groß Forschung!

3 Aufgaben und Bedeutung von Energiespeichern - I Technische und wirtschaftliche Systemoptimierung - Bereitstellung von Zusatzleistung und Zusatzenergie (z.b. Hybridfahrzeuge) - Betrieb von Inselsystemen und autarken Verbrauchern - unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) - Vergleichmäßigung von Lastgängen - Erhöhung der Ausnutzungsdauer - thermische Optimierung industrieller Prozesse Mobilität und Komfort - mobile Endgeräte (Kamera, Mobiltelefon etc.) - Freizeit- und Outdoor-Anwendungen

4 Aufgaben und Bedeutung von Energiespeichern - II Gewährleistung der Versorgungssicherheit - Frequenz- und Spannungshaltung in elektrischen Versorgungsnetzen - Kapazitätsmarkt - saisonale Speicherung von Brennstoffen und Energie Erschließung neuer Energieträger - Einbindung regenerativer Energieträger (Wind, Sonne etc.) in bestehende Versorgungsstrukturen - Ausgleich von zeitlichen und räumlichen Unterschieden zwischen Energieangebot und Energiebedarf

5 Anforderungen an Energiespeicher energetische Qualität Sicherheit Lebensdauer Umweltverträglichkeit Wirtschaftlichkeit hohe Energiedichte hohe Leistungsdichte niedriger kumulierter Energieaufwand geringe Verluste geringe Selbstentladung geringer Hilfsenergieverbrauch hoher Systemnutzungsgrad hohe Betriebssicherheit geringes Schadenspotenzial hohe Zyklenlebensdauer hohe kalendarische Lebensdauer Herstellung Nutzung Entsorgung niedrige Investitionskosten niedrige Betriebskosten

6 Vergleich Speichertechnologien: Energiedichte Mechanische Speicher (sehr geringe Energiedichte) - Pumpwasserspeicher (1 kwh/m³ bei 360m Höhe) - Druckluftspeicher (1,3 kwh/m 3 bei 30 bar) Thermische Speicher (geringe bis mittlere Energiedichte) - Wasser, Beton (20-80 kwh/m³) - Latentwärmespeicher (ca. 100 kwh/m³) - Sorptionsspeicher ( kwh/m³) Elektrochemische Speicher (Batterien, mittlere Energiedichte) - Lithium-Ionen-Batterie (ca. 200 kwh/m³) Chemische Speicher (mittlere bis hohe Energiedichte) - Gasförmiger Wasserstoff (700 kwh/m³) - Flüssiger Wasserstoff (2.400 kwh/m³) - Benzin ( kwh/m³) Quelle (1,3,4): Prof. Sauer, RWTH Aachen

7 Nutzungsgrade der Energiespeicherung in Abhängigkeit von der Speicherdauer Quelle TUM

8 Thermische Energiespeicher: Spektrum C C C Leistungen von kw bis MW Kurzzeitspeicher Minuten/Stunden bis Langzeitspeicher Kapazität von kwh bis GWh Temperaturbereich C Verschiedene Wärmeträgerfluide: Wasser, Kühlmittel, Öl, Salzschmelzen, Luft etc.

9 Wasserstoff Wasserstofferzeugungspfade Erdöl Kohle Erdgas Kernenergie Solarthermie Geothermie Solarenergie Windenergie Wasserkraft Biomasse Dampfturbine Generator Generator Elektrolyseur

10 Ausblick - Energiespeicher spielen in der zukünftigen stationären und mobilen Energieversorgung eine zentrale Rolle. Hoher und vielfältiger Einsatzbedarf - Zurzeit sind keine ausreichend leistungsfähigen und bezahlbaren Techniken im erforderlichen Umfang verfügbar. Hoher und vielfältiger Bedarf an grundlagennaher bis anwendungsorientierter Forschung Strategisches Thema für die Energieforschung

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

12 Section Electrochemical Energy Technology Basics Systems Electrochemical Energy Technology: Electrolysis (Intermittent Alkaline, Polymer- and High-Temperature Electrolysis) Fuel Cells (PEFC, SOFC, DMFC) Battery Technology (Li-Ion and Li)