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Elektrische Energiespeicher

Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien. Elektrische Energiespeicher. Matthias Rzepka ZAE Bayern, Abteilung 1 Walther-Meißner-Str. 6 85748 Garching. E-mobility. Netz-Management. Portable Geräte. Portable Geräte.

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  1. Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien Elektrische Energiespeicher Matthias Rzepka ZAE Bayern, Abteilung 1Walther-Meißner-Str. 6 85748 Garching

  2. E-mobility Netz-Management Portable Geräte Portable Geräte EnergetischeAspekte Komfort Elektrische Energiespeicher

  3. Erneuerbare Energien - Stromeinspeisung Anteil EE am Stromverbrauch in Deutschland 17 GW

  4. Windkraft-Speicherung 17 GW 17 GW * 24 h = 400 GWh

  5. EEX - Spotmarkt Euro / MWh Stunde

  6. Übersicht Elektrische Energiespeicher Mechanische Speicher Schwungrad Hydraulische Speicher Pumpspeicher Druckluftspeicher Elektrische Speicher Supraleitende Spulen Doppelschicht-Kondensatoren Elektrochemische Speicher Batterien (Blei, Metall-Luft, Lithium-Ionen, Natrium-Hochtemperatur) Redox-Flow-Zellen PEM-Brennstoffzelle

  7. Reibung Vakuumpumpe, Magnet Motor/Generator Schwungrad - Speicher W = ½ * J * w2 + Tiefentladung+ T-unabhängig+ SOC-Messung 1000 kWh / 100 MW 10 kWh / 1 MW

  8. Pumpspeicher-Kraftwerk Deutschland 2009: 30 Kraftwerke7000 MW 40000 MWh z. Vgl: 24000 MW Windkraft Neue Standorte ?

  9. 1,6 kWh 0,8 kWh 1,0 kWh Druckluft-Speicher (CAES) z. Vgl: Gasturbine 70 bar 290 MW / 600 MWh / 300.000 m3 Mit Rekuperator: 54 %

  10. Advanced Adiabatic Druckluft-Speicher (AA-CAES) Ohne zusätzlichen Brennstoff !! Entwicklungspotential: Wärmespeicher und –übertrager(s. Kapitel „Wärmespeicher“)

  11. Tc Kühlung Verluste I critical Kosten high high low NbTi 9,3 K He La/Ba/Bi-Oxid ~ 100 K N2 low low high Supraleiter (SMES) W = ½ * L * I2 T < Tc  Kühlung (Verluste) Hauptvorteil:Kurze Ansprechzeiten (<< ms) 1 kWh / 1 MW

  12. Doppelschichtkondensatoren (Supercaps) C = e A / dA > 3000 m2/g d < 1 nm W = ½ * C * U2 Helmholtz-Schicht Entwicklungspotential:Nicht-wässrige Elektrolyten  URedox-Reaktionen (Ultracaps)  e

  13. 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)

  14. Elektrochemische Speicher - Wirkungsgrad Laden Spannungswirkungsgrad = U(out) / U (in) Entladen Faraday-Wirkungsgrad = Q(out) / Q (in)

  15. Wasserstoff- / Sauerstoffentwicklung Blei-Säure U = 2,04 V

  16. 1 - 2 Gew.% Ni-Metallhydrid U = 1,32 V Wässrige Kalilauge -> T > 0 °C empfindlich auf Überladung / Tiefentladung Keine großen Sicherheitsprobleme

  17. Lithium-Ionen NichtwässrigerElektrolyt U = 3,7 V (Mn)

  18. Natrium-Hochtemperatur Elektrolyt: b-AluminiumoxidLeitfähig für Na+ ab ca. 300 °C U = 2,06 V ThermischeVerluste Variante: ZEBRA (NiCl statt Schwefel)

  19. Redox - Flow Vorteile: Unabhängige Skalierung von Leistung und Energie Kurze Ansprechzeiten hoher Wirkungsgrad Überlade/Tiefentladungs-Toleranz Lange Lebensdauer U = 1,3 V

  20. Wasserstoff: Alkalische Elektrolyse + PEM Wasser-stoff-speicher Gesamtwirkungsgrad 37 %

  21. Zusammenfassung

  22. 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 !

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