Speichertechniken für die zukünftige

Energieversorgung Energiespeicher-Symposium Stuttgart 06./07. März 2012

Ulrich Wagner

Energiespeicher – strategische Elemente des

zukünftigen Energiesystems

- Energiekonzept der Bundesregierung &

Atomausstieg: Umbau des Energiesystems –

nationales Projekt über 50 Jahre!

- Ersatz konventioneller Kraftwerkskapazitäten

durch teilweise fluktuierende, erneuerbare

Energieträger (Wind, Sonne)

- Nutzung von Abwärme in industriellen

Prozessen

- Ersatz von Verbrennungsmotoren durch

Elektromotoren im Verkehr

Großer Bedarf an Speichern –

von Kurzzeit bis Langzeit und von klein bis groß

Forschung!

Technische und wirtschaftliche

Systemoptimierung

- Bereitstellung von Zusatzleistung und

Zusatzenergie (z.B. Hybridfahrzeuge)

- Betrieb von Inselsystemen und autarken

Verbrauchern

- unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)

- Vergleichmäßigung von Lastgängen

- Erhöhung der Ausnutzungsdauer

- thermische Optimierung industrieller Prozesse

Mobilität und Komfort

- mobile Endgeräte (Kamera, Mobiltelefon etc.)

- Freizeit- und Outdoor-Anwendungen

Aufgaben und Bedeutung

von Energiespeichern - I

Aufgaben und Bedeutung von

Energiespeichern - II

Gewährleistung der Versorgungssicherheit

- Frequenz- und Spannungshaltung in elektrischen

Versorgungsnetzen

- Kapazitätsmarkt

- saisonale Speicherung von Brennstoffen und Energie

Erschließung neuer Energieträger

- Einbindung regenerativer Energieträger (Wind,

Sonne etc.) in bestehende Versorgungsstrukturen

- Ausgleich von zeitlichen und räumlichen

Unterschieden zwischen Energieangebot und

Energiebedarf

Anforderungen an Energiespeicher

energetische Qualität hohe Energiedichte

hohe Leistungsdichte

niedriger kumulierter Energieaufwand

geringe Verluste

geringe Selbstentladung

geringer Hilfsenergieverbrauch

hoher Systemnutzungsgrad

Sicherheit hohe Betriebssicherheit

geringes Schadenspotenzial

Lebensdauer hohe Zyklenlebensdauer

hohe kalendarische Lebensdauer

Umweltverträglichkeit Herstellung

Nutzung

Entsorgung

Wirtschaftlichkeit niedrige Investitionskosten

niedrige Betriebskosten

Vergleich Speichertechnologien: Energiedichte

Mechanische Speicher (sehr geringe Energiedichte)

- Pumpwasserspeicher (1 kWh/m³ bei 360m Höhe)

- Druckluftspeicher (1,3 kWh/m3 bei 30 bar)

Thermische Speicher (geringe bis mittlere Energiedichte)

- Wasser, Beton (20-80 kWh/m³)

- Latentwärmespeicher (ca. 100 kWh/m³)

- Sorptionsspeicher (100-300 kWh/m³)

Elektrochemische Speicher (Batterien, mittlere Energiedichte)

- Lithium-Ionen-Batterie (ca. 200 kWh/m³)

Chemische Speicher (mittlere bis hohe Energiedichte)

- Gasförmiger Wasserstoff (700 kWh/m³)

- Flüssiger Wasserstoff (2.400 kWh/m³)

- Benzin (12.000 kWh/m³)

Quelle (1,3,4): Prof. Sauer, RWTH Aachen

Nutzungsgrade der Energiespeicherung in

Abhängigkeit von der Speicherdauer

Quelle TUM

Thermische Energiespeicher: Spektrum

0 – 100 °C 100-300 °C 300 -1000 °C

Leistungen von kW bis MW

Kurzzeitspeicher – Minuten/Stunden – bis Langzeitspeicher

Kapazität von kWh bis GWh

Temperaturbereich 0 – 1000 °C

Verschiedene Wärmeträgerfluide: Wasser, Kühlmittel, Öl, Salzschmelzen, Luft etc.

Wasserstofferzeugungspfade

Erdöl

Kohle

Erdgas

Kernenergie

Solarenergie

Wasserkraft

Windenergie

Geothermie

Biomasse

Solarthermie Dampfturbine

Generator

Elektrolyseur

Was

sers

toff

Generator

- Energiespeicher spielen in der zukünftigen stationären und

mobilen Energieversorgung eine zentrale Rolle.

Hoher und vielfältiger Einsatzbedarf

- Zurzeit sind keine ausreichend leistungsfähigen und bezahlbaren

Techniken im erforderlichen Umfang verfügbar.

Hoher und vielfältiger Bedarf an grundlagennaher bis

anwendungsorientierter Forschung

Strategisches Thema für die Energieforschung

Ausblick

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Section Electrochemical Energy Technology

Electrochemical Energy Technology:

Electrolysis (Intermittent Alkaline,

Polymer- and High-Temperature

Electrolysis)

Fuel Cells (PEFC, SOFC, DMFC)

Battery Technology (Li-Ion and Li)

Systems Basics