Was können Energiespeicher zum Gelingen der Energiewende beitragen?

Transkript

1 Was können Energiespeicher zum Gelingen der Energiewende beitragen? ZAE Dr. Andreas Hauer DLR Prof. Dr. André Thess IWES Jochen Bard ISFH Fabian Hüsing, Jan Steinweg UFZ Thomas Nagel

2 Definitionen

3 Definition Energiespeicher Was ist ein Energiespeicher? Ein Energiespeicher kann Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben. Der Speicherprozess besteht prinzipiell aus drei Schritten: Dem Laden, dem eigentlichen Speichern und dem Entladen. Nach dem Entladen kann ein Energiespeicher erneut geladen werden. Laden Speichern Entladen

4 Zusammenhang zwischen Energiespeichern und ihren Anwendungen Zusammenhang zwischen Energiespeichern und ihren Anwendungen Die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an den Speicher werden durch die tatsächliche Anwendung des Speichers im Versorgungssystem bestimmt. Daher ist eine Beurteilung verschiedener Speichertechnologien (und ein Vergleich) nur anhand konkreter Anwendungen möglich. Die Anwendung gibt technische Anforderungen vor (Energieform, Ein- und Ausspeicherleistung, Speicherkapazität, Reaktionszeit, ). Die Anwendung legt auch das ökonomische Umfeld fest (z.b. welche Energiepreise können angesetzt werden, welche Nutzungsdauer wird erreicht, etc.). Elektrolyse H 2

5 Energiespeicher und Sektorkopplung Was wird gespeichert? Die Energieform (Elektrizität, Wärme, Kälte, mechanische Energie, chemische Energie), die ein Energiespeicher aufnimmt, wird in der Regel auch wieder abgegeben. Allerdings wird häufig die geladene Energieform zur Speicherung in eine andere umgewandelt (z.b. Pumpspeicherwerk, Batterie). Zum Entladen wird sie dann wieder in der ursprünglichen Form bereitgestellt, oder in manchen Ausprägungen auch in der Form der Speicherung bereitgestellt, z.b. Power-to-Gas oder Power-to-Heat. h

6 Speichertechnologien und - anwendungen

7 Organigramm der Speichertechnologien

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9 Konkrete Anwendungsbeispiele aus Forschung & Entwicklung

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11 Erneuerbare Energien / Integration Erneuerbarer Elektrizität

12 Erneuerbare Energien / Integration Erneuerbarer Elektrizität

13 Erneuerbare Energien / Integration Erneuerbarer Elektrizität Gebäude als Energiespeicher

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15 Erneuerbare Energien / Integration Erneuerbarer Wärme TESIS Test facility for Thermal Energy Storage In Molten Salt TESIS:com zur Entwicklung von Speicherkonzepten Solarsalz (NaNO 3 -KNO 3 ) Speicherkapazität ~4MWh (20 m 3 ) T max = 560 ºC Eintankspeicher mit Füllmaterialien Fertigstellung 2017

16 Erneuerbare Energien / Integration Erneuerbarer Wärme Flüssigsalzspeicher für solarthermische Kraftwerke Crescent Dunes Solarturmkraftwerk in Nevada/USA Am Netz seit Ende MW el > 500 GWh Stromerzeugung/Jahr 2-Tank Flüssigsalzspeicher 10 h Speicherkapazität für 1.1 GWh el t Solarsalz 99% thermischer Wirkungsgrad Temperaturbereich 288 ºC 566 ºC T = 278 K Quelle: solarreserve.com

17 Erneuerbare Energien / Integration Erneuerbarer Wärme Saisonale Speicherung solarer Wärme 13 Gebäude 320 Wohnungen m² geheizte Wohnfläche m² Kollektorfläche Thermisch angetriebene Wärmepumpe(Fernwärme) m³ Wasserspeicher Temperaturdifferenz: 90 C - 95 C Effizienz 75 %

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19 Energieeffizienz / Nutzung industrieller Abwärme Mobiler Sorptionsspeicher zur Nutzung industrieller Abwärme Demonstrationsanlage Abwärme aus Müllverbrennung (Hamm/NRW) zu industriellem Trocknungsprozess (7 km Entfernung) Bis zu 4 MWh Speicherkapazität Ca. 750 kw thermische Leistung

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21 Energieeffizienz /Gebäude Heiz- und Kühlbedarf Wärmespeicherung in wassergesättigten porösen zementbasierten Materialien (1) Ziel - Kosteneffiziente Lösung - Technisch machbar, nah an der Marktreife - Zeitnahe Unterstützung der Energiewende

22 Energieeffizienz /Gebäude Heiz- und Kühlbedarf Wärmespeicherung in wassergesättigten porösen zementbasierten Materialien (2) Besonderheiten - Zement mit hoher Porosität - Wassersättigung für höhere Kapazität - Modulare Bauweise: Skalierbarkeit - Integration in ungenutzte Ölwannen oder Räume, unter Fundamente, etc. - Geeignet für Solarthermie und P2H (Sektorenkopplung, Windwärme ) F&E Bedarf - Modellierung und Monitoring des thermischhydraulisch-mechanisch gekoppelten Verhaltens - Regelungstechnik thermisches Management - Modellierung und Monitoring der Umweltwirkungen, Interaktion mit oberflächennahem Untergrund und Grundwasser Simulation der Temperaturverteilung, Deformation und Fluidbewegung im Modulspeicher während der Beladung. Simulation der Temperaturverteilung im Unter-grund zur Abschätzung der Umweltwirkungen (Beyer et al. CAU).

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24 Energieeffizienz / Elektrizitätserzeugung Dampfbesicherung in einem Heizkraftwerk (BMWi-Projekt TESIN) Hochleistungs-Latentwärmespeicher 6 MW, 1.5 MWh Über 800 berippte Rohre Ca. 30 t NaNO 3, T m = 306 ºC Ziel: Brennstoffeinsparung und Flexibilisierung

25 Sektorkopplung und Energiespeicher

26 Definition Sektorkopplung Was bedeutet "Sektorkopplung"? Nicht nur im Stromsektor, auch in den Bereichen Wärme, Kälte und Verkehr sollen fossile Energieträger nach und nach durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Dabei kann die sogenannte Sektorkopplung helfen Strom aus Erneuerbaren einsetzen, um Wärme, Kälte und Antriebsenergie zu erzeugen. Ziel ist, fossile Energien zu ersetzen BMWI / h Energiespeicher

27 Ziel: Flexible Sektorkopplung Power-to-Heat Elektrizität Power-to-Gas Power-to-Liquid Wärme/Kälte Thermische Speicher Kostengünstige Speicherung Effiziente Wärmebereitstellung Effiziente Kältebereitstellung Mobilität Chemische Speicher Hohe Energiedichte Verlustfreie Langzeitspeicherung Ökonomische Wertsteigerung F&E- Bedarf: Die technischen und ökonomischen Randbedingungen für Speicheranwendungen bei der Sektorenkopplung weichen von den konventionellen Einsatzfeldern ab!

28 Zusammenfassung

29 Zusammenfassung Es gibt viele Energiespeichertechnologien mit verschiedensten technischen und ökonomischen Eigenschaften! Es gibt im Hinblick auf die Umsetzung der Energiewende eine Vielzahl an möglichen Einsatzbereichen für Energiespeicher! Energiespeicher sind das ideale Instrument zur Umsetzung der Sektorkopplung. Sie stellen hohe Flexibilität zwischen den Sektoren bereit!

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!