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AEE Renews Spezial - Energiespeicher

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Technologien und ihre Bedeutung für die Energiewende

6 RENEWS SPEZIAL RENEWS

6 RENEWS SPEZIAL RENEWS SPEZIAL 7 Technologieüberblick Energiespeicher Strom Wärme/Kälte Kraftstoff/Rohstoff 2. Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicher sowie Schwungmassespeicher wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um und speichern sie somit in indirekter Form. Schwungmassespeicher gehören zu den reaktionsschnellen Kurzzeitspeichern, die zur Frequenz- und Spannungsstabilität im Stromsystem beitragen. Pump- und Druckluftspeicher gehören zu den Langzeitspeichern mit einem Speichervolumen im Bereich von Megawattstunden (tausend Kilowattstunden) bis Gigawattstunden (Millionen Kilowattstunden) und einer Entladungszeit von mehreren Stunden. Der Wirkungsgrad von Druckluftspeichern liegt bei 45 bis 55 Prozent, bei Pumpspeichern sind es 65 bis 85 Prozent. mechanische Speicher elektrische Speicher elektrochemische Speicher chemische Speicher thermische Speicher 3. Akkumulatoren (Batterien) sind elektrochemische Speicher. Je nach Technologie unterscheidet man zum Beispiel Lithium-Ionen-, Natrium-Schwefel-, Blei-Säure- oder Redox-Flow-Batterien. Die Wirkungsgrade liegen zwischen 65 und 95 Prozent, die Speicherkapazitäten im Bereich von Kilowattstunden bis Megawattstunden. Die Einsatzgebiete von Akkus im Rahmen der Energiewende liegen zum Beispiel in Elektrofahrzeugen, Photovoltaik-Heimspeichersystemen oder in der Netzstabilisierung. Kondensatoren/ Supercaps Supraleitende Spulen (SMES) Quelle: eigene Darstellung nach BVES Stand: 6/2019 1.2 STROMSPEICHER ©2019 Agentur für Erneuerbare Energien e.V. thermochemisch Pumpspeicher Druckluftspeicher Schwungmassespeicher Blei-Säure- Akkumulatoren Lithium-Ionen- Akkumulatoren Redox-Flow- Batterien Wasserstoff synthetisches Methan Power-to- Liquid sensibel Wasser, Feststoffe, Salzschmelzen u.a. latent Fest-flüssig, fest-fest Chemisch reversible Reaktionen, Sorption * *Forschungsprojekte Quelle: Eigene Darstellung nach BVES, Stand: 6/2019 Stromspeicher nehmen beim Beladen elektrischen Strom auf und stellen zeitversetzt beim Entladen wieder elektrischen Strom zur Verfügung. Hierbei unterscheidet man im Wesentlichen drei Systeme: 1. Die direkte elektrische Energiespeicherung erfolgt mittels Kondensatoren, Super Caps oder supraleitenden magnetischen Energiespeichern (SMES bzw. Spulen). Sie zeichnen sich durch eine sehr kurze Reaktionszeit aus und werden eingesetzt, um kleine Schwankungen im Stromnetz abzufedern und Spannung und Frequenz stabil zu halten. Der Wirkungsgrad ist mit 90 bis 95 Prozent sehr hoch, die Speicherkapazität hingegen klein (im Kilowattstundenbereich). Die Herstellung synthetischer Brennstoffe mithilfe von elektrischem Strom (Power-to-Gas oder Power-to-Liquid) wird auch oft als Stromspeicher bezeichnet. Wir führen diese Form der Energiespeicherung jedoch als eigene Rubrik auf (1.5), weil die hergestellten chemischen Energieträger nicht unbedingt wieder zur Stromerzeugung, sondern auch als Kraftstoff im Verkehr oder als Rohstoff in der Industrie eingesetzt werden können. Eine neue Option sind elektro-thermische Speicher (siehe 1.4), wo mittels Strom Hochtemperaturwärme erzeugt, diese gespeichert und anschließend wieder zur Stromerzeugung genutzt wird. Die Unterscheidung zwischen Strom- und Wärmespeichern ist also teilweise fließend. 1.3 THERMISCHE SPEICHER (WÄRME)2 Im Allgemeinen werden drei Speicherarten unterschieden: sensible, latente und thermochemische Speicher. Nötig ist stets ein Speichermedium. Neben Wasser kommen dabei auch andere flüssige sowie feste Speichermedien zum Einsatz, z.B. Gestein, Beton, Keramik und Salz. Die Speicher-Technologien unterscheiden sich in der Energiedichte und der maximal speicherbaren Temperatur. Wie viel thermische Energie der Speicher aufnehmen kann, hängt von der Wärmekapazität und Masse des Speichermediums sowie der nutzbaren Temperaturdifferenz ab. Thermische Speicher können Strom aufnehmen, indem die Wärmeerzeugung mithilfe von elektrischen Wärmepumpen, Heizstäben oder Elektrodenkesseln erfolgt. Wegen des in der Regel geringen Temperaturniveaus kann aus der eingespeicherten Wärme jedoch nicht wieder Strom erzeugt werden. In der Praxis am häufigsten sind sensible Speicher. Hier verändert das Speichermedium seine Temperatur, wenn der Speicher be- oder entladen wird. Während des Ladevorgangs wird dem Speichermedium direkt oder indirekt über einen Wärmetauscher Wärme zugeführt. Beim Entladen wird die gespeicherte Energie wieder abgegeben und der Speicher kühlt ab. Allgemein bekannt sind Heißwasserspeicher, wie sie im Zusammenhang mit Gebäudeheizungen vorkommen. Ein Kilogramm Wasser hat zwischen Gefrier- und Siedepunkt eine Wärme-Speicherkapazität von 116 Wattstunden (Wh). Sensible Großspeicher mit einem flüssigen Speichermedium lassen sich in verschiedene Bauformen einteilen: Behälter-, Erdbecken-, Erdsonden- und Aquifer-Wärmespeicher. 2 Ausführlichere Informationen in: AEE: Großwärmespeicher. 2017

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