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Energiespeicher

Speicherung einer Energiemenge zur späteren Nutzung
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Energiespeicher dienen der Speicherung von Energie zum Zwecke der späteren Nutzung. Wenn die Speicherung einer gewünschten Energieform wegen technischer Probleme, ungenügender Kapazität oder Stillstandsverlusten ungünstig ist, wird in eine andere Energieform umgewandelt, diese gespeichert und erst im Bedarfsfalle zurückverwandelt, z. B. chemische Energie (Brennstoff) in thermische (Wärme). Bei der Speicherung wie bei der Energieumwandlung treten immer Verluste auf.

Einteilung und Übersicht

Energiespeicher werden nach der gespeicherten (Haupt-)Energieform klassifiziert. Oft wird aber beim Auf- oder Entladen des Speichers eine davon abweichende Energieform verwendet. Beim Akkumulator wird beispielsweise elektrische Energie zugeführt; diese wird während des Aufladens in chemische Energie umgewandelt:

Fälschlicherweise wird oft auch die Brennstoffzelle als Energiespeicher bezeichnet. Die Brennstoffzelle ist jedoch nur ein Energiewandler, da sie die in den Brennstoffen gespeicherte Energie nutzt, um elektrischen Strom zu erzeugen.

Daneben wird der Begriff teils auch für Behälter benutzt, die selbst keine Energie, sondern Brenn- oder Kraftstoffe aufnehmen:

Vergleich von Technologien zur Speicherung elektrischer Energie

Elektrische Energie kann man nur schwer direkt speichern (nur in Kondensatoren oder supraleitenden Spulen). Meist ist es wirtschaftlicher die Energie in andere Energiearten umzuwandeln und bei Bedarf zurückwandeln. Jede Wandlung ist mehr oder weniger verlustbehaftet und der Speicher verliert im Lauf der Zeit selbst Energie. Die Summe aller Einzelverluste kann erheblich sein und das Verfahren unwirtschaftlich machen.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens steht bei Energiespeicherung meist im Vordergrund, also die Investition- und Betriebskosten der Anlage und der Gesamtwirkungsgrad, der die Verluste bei Umwandlung und Speicherung umfasst. Es geht zumindest bei großen Anlagen meistens nicht um eine kurzfristige Leistungserhöhung. Bei sehr kleinen Anlagen wie beim Elektronenblitz steht manchmal die Leistungserhöhung im Vordergrund, weil beispielsweise die ursprüngliche Energiequelle nicht ausreichend Leistung abgeben kann.

Verfahren[1] max. Leistung
in MW 		Lebensdauer
in Zyklen 		Wirkungsgrad
in % 		Selbstentladung
in %/h 		Investitionskosten
in €/kWh 		Energiedichte
in kWh/t 		Typ. Zeit der
Entladung bei
üblicher Baugröße
Normaler Kondensator 0,01 100 Mio 95 0,01 200.000 0,03 0,01 s
EDLC 0,1 0,5 Mio 90 0,2 10.000 5 100 s
supraleitende Spule 7 1 Mio 90 ? 30–2000 0,03 0,01 s
Schwungrad
(Stahl, alte Bauart)
3.000 1/min 		15 1 Mio 90 3–20 5000 6 100 s
Schwungrad
(aufgewickelter CFK) 80.000 1/min 		50 1 Mio 95 0,1–10 ? 50[2] 100 s
Akku 17[3] 2000 80 0,01 100 30–120 1 h
Pumpspeicherkraftwerk 1060 ? 80 ? 71 0,4 8 h
Druckluftspeicherkraftwerk 290 ? 42[4]-54[5] ? Versuchs-
anlagen 		9 2 h
Wasserstoff
verflüssigt 		0,2 30.000 h[6]
(Brennstoffzelle) 		18,2 0,1 Versuchs-
anlagen[7] 		33.300[8] 0,5 h

In jeder Zeile ist ein herausragender Wert farblich betont: Grün = besonders gut; rot = besonders schlecht. Die Angaben beziehen sich auf die größten realisierten Anlagen im Dauerbetrieb.

Anmerkungen:

  1. Die Leistungsbeschränkung bezieht sich in allen Fällen darauf, dass die gespeicherte Energie wieder durch eine „Umwandlungselektronik“ (z. B. einen Wechselrichter) in die ursprüngliche Art zurück gewandelt werden muss – das ist im Regelfall das 50 Hz-Netz. Die angegebenen Werte können ohne diese Rückumwandlung weit übertroffen werden, wenn man beispielsweise einen Kondensator oder einen Akku kurzschließt – dann kann die Momentanleistung um den Faktor 10000 oder mehr höher sein als in der Tabelle angegeben. In der Tabelle geht es aber um Energiespeicher und nicht um Leistungserhöhung.
  2. Die angegebenen Lebensdauern sind geschätzte Richtwerte und keine absoluten Grenzwerte. Beispielsweise kann ein Schwungrad lange vor Erreichen der 1-Mio-Grenze ausfallen oder früher verschrottet werden. Bei Akkus ist bekannt, dass sie in Ausnahmefällen 7000 Zyklen aushalten, im Regelfall (Autoakku) aber nach 1000 Zyklen ersetzt werden müssen.
  3. Es gibt Pumpspeicherkraftwerke mit Höhenunterschieden von nur 60 m, andere haben 250 m und mehr. In der Tabelle kann aber nur ein Richtwert angegeben werden, wenn sie nicht durch zu viele „wenn und aber“ unübersichtlich werden soll.
  4. Die überraschend hohen Investitionskosten für Kondensatoren ergeben sich aus folgenden Zahlen: Ein Elektrolytkondensator 500 µF mit 400 V kostet 2 €. Er kann 40 Ws=1,1·10−5 kWh Energie speichern. Daraus ergeben sich (ohne Elektronik) Kosten von 200.000 € pro kWh.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ [1] Stromspeicher-Technologien im Vergleich
  2. ↑ Florian Strößreuther: Machbarkeitsstudie und Konzept einer stationären Schwungradanlage zur dezentralen, verbraucherorientierten Energiespeicherung. Hrsg.: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Fakultät für Maschinenwesen, Institut für Dampf- und Gasturbinen der RWTH Aachen. Aachen 14. Mai 1996, Schwungradentwicklung in den letzten vierzig Jahren (oocities.com [abgerufen am 22. Mai 2010]).
  3. ↑ Batteriespeicheranlage in Berlin
  4. ↑ [2]
  5. ↑ [3]
  6. ↑ U.Bünger, W.Weindorf: Brennstoffzellen - Einsatzmöglichkeiten für die dezentrale Energieversorgung. Ludwig-Bölkow-Systemtechnik, Ottobrunn 1997.
  7. ↑ Versuchsanlagen zur Speicherung von Wasserstoff
  8. ↑ Technische Eigenschaften von Wasserstoff
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