Elektrische Energiespeicher

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Elektrische Energiespeicher
Bayerisches Zentrum für Angewandte
Energieforschung e.V. Technik für Energiesysteme
und Erneuerbare Energien

• Matthias Rzepka
• ZAE Bayern, Abteilung 1Walther-Meißner-Str. 6
  85748 Garching

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Elektrische Energiespeicher
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Erneuerbare Energien - Stromeinspeisung
Anteil EE am Stromverbrauch in Deutschland
17 GW
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Windkraft-Speicherung
17 GW
17 GW 24 h 400 GWh
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EEX - Spotmarkt
Euro / MWh
Stunde
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Übersicht
Elektrische Energiespeicher Mechanische
Speicher Schwungrad Hydraulische
Speicher Pumpspeicher Druckluftspeicher Elek
trische Speicher Supraleitende
Spulen Doppelschicht-Kondensatoren Elektrochem
ische Speicher Batterien (Blei, Metall-Luft,
Lithium-Ionen, Natrium-Hochtemperatur) Redox-Flo
w-Zellen PEM-Brennstoffzelle
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Schwungrad - Speicher
W ½ J w2
Tiefentladung T-unabhängig SOC-Messung
1000 kWh / 100 MW
10 kWh / 1 MW
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Pumpspeicher-Kraftwerk
Deutschland 2009 30 Kraftwerke7000 MW 40000 MWh
z. Vgl 24000 MW Windkraft
Neue Standorte ?
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Druckluft-Speicher (CAES)
z. Vgl Gasturbine
70 bar
290 MW / 600 MWh / 300.000 m3
Mit Rekuperator 54
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Advanced Adiabatic Druckluft-Speicher (AA-CAES)
Ohne zusätzlichen Brennstoff !!
Entwicklungspotential Wärmespeicher und
übertrager(s. Kapitel Wärmespeicher)
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Supraleiter (SMES)
W ½ L I2
T lt Tc ? Kühlung (Verluste)
HauptvorteilKurze Ansprechzeiten (ltlt ms)
1 kWh / 1 MW
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Doppelschichtkondensatoren (Supercaps)
C e A / dA gt 3000 m2/g d lt 1 nm
W ½ C U2
Helmholtz-Schicht
EntwicklungspotentialNicht-wässrige
Elektrolyten ? URedox-Reaktionen (Ultracaps) ? e
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Elektrochemische Speicher
Primärzellen, (Batterien, geschlossenes
System, nicht wieder aufladbar) Sekundärzellen
(Akkumulatoren, geschlossenes System,
elektrisch wieder aufladbar) Brennstoffzellen
(Offenes System, kein reversibler
Betrieb) Redox-Flow-Batterien (Offenes System,
reversibler Betrieb möglich)
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Elektrochemische Speicher - Wirkungsgrad
Laden
Spannungswirkungsgrad U(out) / U (in)
Entladen
Faraday-Wirkungsgrad Q(out) / Q (in)
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Blei-Säure
U 2,04 V
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Ni-Metallhydrid
U 1,32 V
Wässrige Kalilauge -gt T gt 0 C empfindlich
auf Überladung / Tiefentladung Keine großen
Sicherheitsprobleme
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Lithium-Ionen
NichtwässrigerElektrolyt
U 3,7 V (Mn)
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Natrium-Hochtemperatur
Elektrolyt b-AluminiumoxidLeitfähig für Na ab
ca. 300 C
U 2,06 V
ThermischeVerluste
Variante ZEBRA (NiCl statt Schwefel)
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Redox - Flow
Vorteile Unabhängige Skalierung von Leistung und
Energie Kurze Ansprechzeiten hoher
Wirkungsgrad Überlade/Tiefentladungs-Toleranz Lang
e Lebensdauer
U 1,3 V
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Wasserstoff Alkalische Elektrolyse PEM
Wasser-stoff-speicher
Gesamtwirkungsgrad 37
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Zusammenfassung
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Alternativen zur direkten Stromspeicherung
Regelbare Gaskraftwerke (Stand der Technik)

• Lastmanagement, d.h. zeitliche Verschiebung
  von
• elektrischen Verbrauchern (Industrie, Haushalt)
• Wärmebereitstellung
• Kältebereitstellung

Netzverbund (Europaweit, MENA, weltweit)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !