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ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, 15-19 März 2010, Bonn Elektrische Energiespeicher Matthias Rzepka ZAE Bayern, Abteilung 1 Walther-Meißner-Str. 6 85748.

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1 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Elektrische Energiespeicher Matthias Rzepka ZAE Bayern, Abteilung 1 Walther-Meißner-Str Garching Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien

2 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Elektrische Energiespeicher Portable Geräte E-mobility Netz-Management Portable Geräte Komfort Energetische Aspekte

3 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Erneuerbare Energien - Stromeinspeisung Anteil EE am Stromverbrauch in Deutschland 17 GW

4 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Windkraft-Speicherung 17 GW 17 GW * 24 h = 400 GWh

5 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn EEX - Spotmarkt Stunde Euro / MWh

6 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn 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 Übersicht

7 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn W = ½ * J * 2 Schwungrad - Speicher 1000 kWh / 100 MW 10 kWh / 1 MW + Tiefentladung + T-unabhängig + SOC-Messung Reibung Motor/Generator Vakuumpumpe, Magnet

8 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Pumpspeicher-Kraftwerk Deutschland 2009: 30 Kraftwerke 7000 MW MWh Neue Standorte ? z. Vgl: MW Windkraft

9 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Druckluft-Speicher (CAES) z. Vgl: Gasturbine 290 MW / 600 MWh / m 3 70 bar 0,8 kWh 1,6 kWh 1,0 kWh Mit Rekuperator: 54 %

10 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Advanced Adiabatic Druckluft-Speicher (AA-CAES) Ohne zusätzlichen Brennstoff !! Entwicklungspotential: Wärmespeicher und –übertrager (s. Kapitel Wärmespeicher)

11 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Supraleiter (SMES) T < T c Kühlung (Verluste) W = ½ * L * I 2 NbTi La/Ba/Bi-Oxid TcTc 9,3 K ~ 100 K Kühlung He N2N2 Verluste high low I critical low high Kosten low high Hauptvorteil: Kurze Ansprechzeiten (<< ms) 1 kWh / 1 MW

12 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Doppelschichtkondensatoren (Supercaps) W = ½ * C * U 2 C = A / d A > 3000 m 2 /gd < 1 nm Entwicklungspotential: Nicht-wässrige Elektrolyten U Redox-Reaktionen (Ultracaps) Helmholtz-Schicht

13 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn 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 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Elektrochemische Speicher - Wirkungsgrad Laden Entladen Spannungswirkungsgrad = U(out) / U (in) Faraday-Wirkungsgrad = Q(out) / Q (in)

15 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Blei-Säure U = 2,04 V Wasserstoff- / Sauerstoffentwicklung

16 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Ni-Metallhydrid U = 1,32 V Gew.% Wässrige Kalilauge -> T > 0 °C empfindlich auf Überladung / Tiefentladung Keine großen Sicherheitsprobleme

17 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Lithium-Ionen U = 3,7 V (Mn) Nichtwässriger Elektrolyt

18 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Natrium-Hochtemperatur U = 2,06 V Elektrolyt: b-Aluminiumoxid Leitfähig für Na + ab ca. 300 °C Variante: ZEBRA (NiCl statt Schwefel) Thermische Verluste

19 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Redox - Flow U = 1,3 V Vorteile: Unabhängige Skalierung von Leistung und Energie Kurze Ansprechzeiten hoher Wirkungsgrad Überlade/Tiefentladungs-Toleranz Lange Lebensdauer

20 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Wasserstoff: Alkalische Elektrolyse + PEM Wasser- stoff- speicher Gesamtwirkungsgrad 37 %

21 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Zusammenfassung

22 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn

23 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn

24 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn

25 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn

26 ZAE BAYERN DPG Frühjahrstagung, März 2010, Bonn Regelbare Gaskraftwerke (Stand der Technik) Alternativen zur direkten Stromspeicherung 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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