Staatliche Studienakademie Bautzen

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1 Staatliche Studienakademie Bautzen Prof. Dr. Wolfgang Weiß Leiter des Studiengangs Elektrotechnik

2 3. Bautzener Energieforum Speichertechnologien (Wunsch und Wirklichkeit) 2

3 Primärenergieverbrauch Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) 3

4 Bruttostromerzeugung 2015 (vorläufig) 647 TWh (2.329 PJ) Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) 4

5 Primärenergieverbrauch 2015 (vorläufig) PJ (3.704 TWh) Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) 1 kwh = 3,6 MJ 1 TWh = 3,6 PJ 1ooo GWh = 3,6 PJ) 5

6 Energieerzeugung und Energieverbrauch Trotz der stetig steigenden Anteile regenerativer Energien am Primärenergieverbrauch und bei der Stromerzeugung kommt die Energiewende in Deutschland nur im Schneckentempo voran. Damit dürfte bereits heute feststehen, dass bis 2020 in Deutschland die politischen Ziele 20 % weniger Treibhausgasemissionen, 20 % Effizienzsteigerung und 20 % Anteil regenerativer Energien am Gesamtenergieverbrauch (im Vergleich zu 1990) nur teilweise erreicht werden können. Günther Mertz M.A., Hauptgeschäftsführer BTGA - Bundesindustrieverband Technische Gebäudeausrüstung e. V. des BTGA e.v. Elektromobilität Bewegung mit Zukunft Ziel der Bundesregierung ist es, bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf die Straße zu bringen - bis 2030 sechs Millionen. Das ist Ziel des Regierungsprogramms Elektromobilität. Denn Elektrofahrzeuge verringern nicht nur die Abhängigkeit vom Öl. Lädt man die Batterien mit Strom aus erneuerbaren Energien, fahren Elektrofahrzeuge praktisch ohne Schadstoffausstoß

7 Energieverbrauch in Deutschland Quelle: Dena/BMWi 7

8 Klassifizierung von Energiespeichern Sterner/Stadler: Energiespeicher Bedarf, Technologien, Integration; Springer-Verlag

9 Power-to-Gas Eine Möglichkeit, Strom aus erneuerbaren Energien langfristig zu speichern, ist die Umwandlung in Methan. Hier ist der Speicherort bereits vorhanden, denn als Hauptbestandteil von Erdgas lässt sich Methan unbegrenzt in das Erdgasnetz einspeisen. Um es für den industriellen Einsatz weiterzuentwickeln und die Verwendung des eingespeicherten Methans im Mobilitätssektor zu untersuchen, wird das Projekt WOMBAT gefördert. Dabei soll erstmals eine Power-to- Gas-Anlage mit einer Leistung von 6,3 Megawatt entstehen, die unter realen Bedingungen betrieben und optimiert werden soll. Bundesbericht_energieforschung_2015.pdf Bundesbericht_energieforschung_2015.pdf 9

10 permanente zeitlich-räumlicher Ausgleich zwischen Energieangebot und -nachfrage elektrische Energie Erzeugungsmanagement chemische Energie Speicherung mechanische Energie Ex/Import thermische Energie Lastmanagement Projekt SERVING 10

11 Weltgrößter Batteriespeicher ausgeliefert Der koreanische Akkuspezialist hat den mit 56 MW derzeit größten Batteriespeicher an den Energieversorger KEPCO ausgeliefert. Der riesige Energiespeicher wird zur Frequenzregulierung des koreanischen Stromnetzes eingesetzt. Grundlage des Speichers ist die Lithium-NMC-Speichertechnologie von Kokam, das durch eine sehr hohe Energiedichte hervorsticht. So konnte man hier in einem Container ein 2,4-MWh-System unterbringen. Auch die Nutzungszeit der Energiespeicher wird mit der NMC-Technlogie verlängert, so sollen nun bis zu Zyklen möglich sein. Quelle:

12 Mit mehr Speicher Überkapazität abbauen Kommentar: Das Speicherproblem wird nun zum größten Hindernis für CO2 Einsparung. Konsequenz: EE-Förderung nur noch zusammen mit Speicherung. Und auch direkte Förderung von Speicherkapazität. Wer dann sein E-PKW-Akku als Speicher zur Verfügung stellt, wird in barer Münze belohnt. Was spricht dagegen? Quelle: Deutschland ist aufgrund des volatilen PV- und Windstroms immer mehr darauf angewiesen, dass das Ausland einen immer grösseren Teil der Ausregelung übernimmt. Am Sonntag, z.b. fiel die PV- und Windleistung von Mittags bis Abends von ~36 GW auf verbleibende ~2 GW. Gleichzeitig wechselte der Stromfluss von kurz nach Mittag von 12 GW Export bis zum Abend auf 2 GW Import. Quelle:

13 Fördermittel für Speicher Bundesbericht_energieforschung_2015.pdf Energieeffizienz, Materialien und Ressourcen Erneuerbare Energien Speicher und vernetzte Infrastrukturen Zukünftige Informationstechnologien (gemeinsames Programm mit dem Forschungsbereich Schlüsseltechnologien) Technologie, Innovation und Gesellschaft (gemeinsames Programm mit dem Forschungsbereich Schlüsseltechnologien) Nukleare Entsorgung, Sicherheit und Strahlenforschung Kernfusion

14 Thermische Speicher Zwei 800-Liter-Solarboiler, die die Solarwärme von 12.6 m 2 Kollektoren vom Dach speichern. Die Boiler sind mit elektrischen Systemen kombinierbar (KWK, Photovoltaik), also auch elektrisch nachheizbar. (800 Liter x 1,16 Wattstunden pro Liter und Kelvin x 50 Kelvin = Wattstunden) 46 kwh kann ein Boiler beim Abkühlen wieder abgeben. Dies entspricht dem Energiegehalt von ca. 4,6 Litern Heizöl. 14

15 Investitionsvolumen neue Energiespeicher Längerfristig wird weltweit ein Wechsel zu Wind- und Solarenergie stattfinden. Nicht, weil es ein CO2 Problem gibt, sondern weil es einfach billiger ist, ein Wind oder Solarkraftwerk aufzubauen. Eine Situation die bereits jetzt an vielen Orten der Welt eingetroffen ist. Damit wird es nötig, eine Speicherkapazität von der gleichen Größenordnung wie in Deutschland aufzubauen, mit den weltweiten Stromverbrauchsdaten aus 2008 ergibt sich damit ein Speicherbedarf von 360 TWh, was bei der Nutzung der preiswertesten verfügbaren Technik, dem Pumpspeicherkraftwerk, auf 36 Milliarden Euro führt. Damit ist klar, dass der Markt für die Speicherung von Strom einer der bedeutendsten Märkte der nächsten 30 Jahre wird!

16 Volumetrische Energiedichte Sterner/Stadler: Energiespeicher Bedarf, Technologien, Integration; Springer-Verlag

17 Volumetrische Energiedichte Sterner/Stadler: Energiespeicher Bedarf, Technologien, Integration; Springer-Verlag 2014 Diesel/Benzin kwh/m³ 17

18 Latentwärmespeicher

19 Sensible Wärmespeicher Sensible Wärmespeicher beruhen darauf, ein Medium wie Wasser oder Gestein zu erwärmen. Wärmespeicher erlauben es, erneuerbare Energie zwischen zuspeichern und damit bedarfsgerecht zu regeln. Beim Verbrennen von einem Liter Benzin werden 31 Megajoule (8,61 Kilowattstunden) Wärme frei. Damit kann man: - 93 kg Wasser von Raumtemperatur auf Siedetemperatur erwärmen, - 55 kg Keramik in einem Nachtspeicherofen von Raumtemperatur auf 650 C erhitzen

20 Werner von Siemens (1880): "Die dynamoelektrische Maschine befähigt uns jetzt, elektrische Ströme von jeder gewünschten Stärke billig herzustellen." Vielen Dank für Ihr Interesse! 20

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