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    Energiewende abwenden!
09 Jul 2013

Strom Speichern

Am Ende von „Kopfrechnen“ haben wir euch mit viel überschüssigem Solarstrom allein gelassen. Heute fragen wir uns: wohin mit dem Segen? Man muss ihn speichern. Aber wie? Kohle liegt auf Halde, Erdöl im Tanklager. Sogar das Erdgasnetz kann  während ca. 24 Std – im Gegensatz zum Stromnetz – begrenzt eine Speicherfunktion ausüben: über tolerierbare Druckschwankungen. Aber Strom muss zum Speichern in eine andere Energieform umgewandelt werden. Hier sind die Möglichkeiten – und die Kosten:

Pumpspeicher:

Überschüssiger Strom wird verwendet, um Wasser von einem tiefer gelegenen Reservoir in einen höher gelegenen Speichersee zu pumpen. Das ist gewissermassen das Umgekehrte der Stromproduktion mit Wasserkraft. Beispiele für diese Technik sind das Kraftwerk Hongrin (der Genfersee dient als unterer, das Staubecken von Hongrin als oberer Speicher), die Stauseen der KWO im Grimselgebiet und in Zukunft die Neubauten Linthal 2015 im Glarnerland und Nant de Drance  im Wallis.

Um die Tagesproduktion eines Kraftwerks der Grösse von Gösgen (Leistung 1000 MW) zu speichern, müssen etwa 9 Millionen m3 Wasser 100 m hochgepumpt werden. Das entspricht der Speicherleistung von Linthal 2015. Der ganze Zyklus des Speicherns und Wiedergewinnens von Strom ergibt Verluste von knapp 20%.

Akkus:

Das kennen wir alle; wir laden über Nacht unsere Smartphones, PCs und Kameras. Einfach und billig! Warum macht man das nicht mit dem überschüssigen Strom? Weil es eben nicht billig ist (siehe unten). Wir laden neben den erwähnten Gadgets über Nacht auch den Lithium Ionen Akku unseres Elektroautos Tesla. Er fasst 50 kWh und wiegt 400 kg. Um die Tagesproduktion von Gösgen zu speichern, braucht es 200'000 Tonnen Lithium-Ionen-Akkus, also eine halbe Million Teslas.

Druckluft:

Auf den ersten Blick ist das eine bestechende Idee: Man braucht den überschüssigen Strom, um Luft in einen grossen Druckbehälter zu pumpen. Bei Bedarf treibt die Druckluft eine Turbine mit Generator. Wie gross muss so ein Druckspeicher sein?

Um die Tagesproduktion von Gösgen zu speichern muss ein Raum mit 500 x 100 x 100 m mit Druckluft bei 200 bar gefüllt werden, das ist knapp das 100-fache des Drucks in einem Autoreifen.

Dabei schafft man sich ein zusätzliches Speicherproblem. Wer jemals einen Veloreifen aufgepumpt hat weiss: komprimierte Luft wird heiss. Nur ein Teil der Pumpleistung wird in Druck umgewandelt, ein Teil geht in Wärme über und heizt die Luft auf 600°C. Falls diese Wärme nicht gespeichert werden kann, muss die Luft bei der Entspannung in der Turbine vorgeheizt werden, zum Beispiel mit einem Erdgasbrenner. So macht man es im deutschen Huntorf, dem bisher einzigen Druckluftspeicher in Europa. Er wurde 1978 von BBC gebaut. Mit künftigen „adiabatischen“ Druckluftspeichern, welche die Kompressionswärme speichern, hofft man, den Wirkungsgrad von 40 auf 70% zu steigern.

Elektrolyse:

Gleichstrom kann Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Der so gewonnene Wasserstoff könnte über Brennstoffzellen oder Gasturbinen wieder Strom erzeugen oder er könne dem Erdgas beigemischt und verbrannt oder in einem zusätzlichen Schritt in Methanol umgewandelt und als Treibstoff verwendet werden. Man hat dafür auch schon den Begriff „Methanolrevolution“ verwendet. Vorerst lässt sie auf sich warten.

Das Problem bei der Elektrolyse sind die hohen Anlagekosten und der schlechte Wirkungsgrad. Beim Elektrolyse - Brennstoffzellenzyklus geht etwa die Hälfte der Energie verloren.

Schwungräder

In der Stadt Yverdon verkehrten eine Zeit lang Trolleybusse ohne Oberleitung. Sie hatten einen Kreiselspeicher. Bei jeder Haltestelle gab es elektrische Kontakte, über die das Schwungrad über einen Elektromotor neu beschleunigt – also aufgeladen wurde. Während der nächsten Etappe trieb das Schwungrad die Räder an. Damit eine Tagesproduktion von Gösgen in Schwungrädern gespeichert werden kann, braucht es grob geschätzt etwa eine Million solcher Schwungräder.

Supraleiter

Es ist theoretisch möglich, Energie in einem Magnetfeld zu speichern. Dazu braucht man supraleitende Spulen, die auf 1,5 Kelvin (-271°C) abgekühlt sind. Alle solchen Spulen im Large Hadron Collider (LHC) des CERN speichern 11 Gigajoule. Daraus kann man berechnen, dass die Speicherkapazität von 7'800 LHCs benötigt würde, um die Tagesproduktion von Gösgen zu speichern.

Weitere denkbare Speicher wie elastische (Federn) oder elektrostatische (Supercaps) kommen als ineffizient oder zu aufwendig mit heutiger Technik nicht in Frage.

Was kostet das Speichern einer Kilowattstunde mit den verschiedenen Methoden?

Das amerikanische Electric Power Research Institute (EPRI) hat dazu Berechnungen angestellt, die wir hier übernehmen, obwohl sie für amerikanische Verhältnisse berechnet wurden. Zusätzlich nennen wir unsere eigenen Schätzungen.

 

 

EPRI

Unsere Schätzung

Pumpspeicherung

 

  6 Rp/kWh

10 Rp./kWh

Lithium-Ionen Akku

 

 33 Rp/kWh

1 Fr./kWh

Druckluft

 

  2 Rp/kWh

10 Rp./kWh

Elektrolyse

 

 

20 Rp./kWh

 

 

 

 

 

Kommentar: unsere eigene Erfahrung und Berechnungen der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW) legen für Akkus eher 1.- Fr pro kWh nahe. Die tiefen Kosten für Druckluftspeicherung enthalten die Kosten für das Aufheizen der dekomprimierten Luft nicht und setzen einen billigen Speicher in Salzstöcken voraus.

Für die Elektrolyse hat das EPRI nichts berechnet. Aus Publikationen des Fraunhofer Instituts kann man für den reinen Elektrolysevorgang Kosten von19 Rp. pro kWh errechnen. Dazu kämen dann die Kosten für die Speicherung und Verwertung des Wasserstoffs, je nach Art der Verwertung (Brennstoffzellen oder Gasturbinen) wohl nochmals 10 bis 20 Rappen.

Fazit: Bis der hohe Sommerüberschuss der Photovoltaik die Versorgungslücke im Winter ausgleichen kann, sind gewaltige Investitionen nötig und die Speicherung verteuert den Solarstrom um mindestens 10 bis 20 Rappen.

 

Kommentare

  • Coop setzt auf "Grüne" Lastwagen. Die Frage stellt sich, ob damit die Energiestrategie 2050 umgesetzt werden kann. Eine Batterie für einen Truck mit 2.5 Tonnen Gewicht? Und dann die Entsorgung? Woher kommt all das Rohmaterial für solche Batterien? Und die Stromversorgung wird vermutlich auch nur mit Ökostrom sicher gestellt. Vor allem ist damit die Reduktion des Stromverbrauches sicher nicht gewährleistet.
    Artikel auf: http://www.tagesanzeiger.ch/wissen/technik/Der-geraeuschlose-Truck/story/27831235

    gepostet von fasatedi Juli 11, 2013
  • Zum Lageenergiespeicher: Das Pumpspeicherwerk ist ja auch einer. Granit statt Wasser? Bisher habe ich gedacht dass der Unterschied in der Dichte (knapp Faktor 3) den Vorteil des Wassers in der Handhabe nicht aufwiegt. Im flachen Land ist das natürlich anders. Trotzdem fragen wir uns: Sind die Kosten realistisch? Werden die Dichtungsprobleme nicht unterschätzt?
    Aber danke für den Hinweis!

    gepostet von SAe Juli 10, 2013
  • Die Speicherkosten beziehen sich auf die Kurzzeit-Speicherung in Pumpspeicherkraftwerken. Betrachtet man längere Zeiträume (1 Woche wind- und sonnenarme Teit im Winter), dann steigen dieSpeicherkosten stark an. Außerdem kommt man da schnell auf exorbitante Speichermengen (siehe mein Rechenbeispiel im Kommentar unter "Kopfrechnen")!

    gepostet von Rudolf Kohler Juli 10, 2013
  • Was meint ihr denn zum Lageenergiespeicher ?

    gepostet von Rainer Klute Juli 10, 2013
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