Speicher

Warum leis­tungs­starke Spei­cher­tech­no­logien benötigt werden, wurde ja bereits erklärt, aber welche Tech­no­logien gibt es grund­sätzlich und wie funk­tio­nieren sie? Wir wollen eine kleine Über­sicht geben und die Speicher, kurz die Funktion der Speicher beschreiben, die wir im Projekt EnerPrax testen.

Ein Ener­gie­speicher ist im ther­mo­dy­na­mi­schen Kontext eine „[…] Anlage zur Spei­cherung von Energie in Form von innerer, poten­zi­eller oder kine­ti­scher Energie“ [1, S. 9]. Der Prozess der Ener­gie­spei­cherung umfasst drei Pro­zess­schritte: die Ein­spei­cherung (Laden), die Spei­cherung und die Aus­spei­cherung (Ent­laden). Die drei Prozess-schritte weisen einen eigenen Wir­kungsgrad (η) auf, wobei sich der Gesamt­wir­kungsgrad durch fol­gende Formel ergibt:

ηgesamt=ηEinspeicherung·ηSpeicherung·ηAusspeicherung

Die Speicher wandeln jeweils die elek­trische Energie, die zeit­weise über­schüssig vor­handen ist, in eine andere Ener­gieform um und geben sie bei Bedarf wieder in das Stromnetz ab. Dabei geht leider immer ein kleiner Teil der Energie an die Umwelt ver­loren. Zum einen durch die Umwand­lungs­pro­zesse, zum anderen durch die eigen­ständige Ent­ladung der Speicher. Der Anteil aller dieser Ver­luste am Gesamt­spei­cher­vo­lumen ergibt den soge­nannten Wir­kungsgrad (η). Der Wir­kungsgrad bestimmt somit maß­geblich die Effi­zienz und die Wirt­schaft­lichkeit eines Spei­chers. Andere wichtige Para­meter sind: Ener­gie­dichte (Spei­cherbare Energie pro Volu­men­einheit), Selbst­ent­la­derate, Lade­dauer, Kosten für Inves­tition und Betrieb und die maximal mög­liche Speicher-Zyklenzahl. Ein paar der aktuell exis­tie­renden Spei­cher­tech­no­logien, werden hier vor­ge­stellt. Generell sind Spei­cher­tech­no­logien grob unter­teilbar in:

  • Mecha­nische Speicher
  • Che­mische Speicher
  • Elek­tro­che­mische Speicher
  • Elek­trische Speicher
  • Ther­mische Speicher

Wir­kungs­grad­ver­luste eines Ener­gie­spei­chers bestimmen die Effi­zienz und die Wirt­schaft­lichkeit der Spei­cherung [2]. Der Wir­kungsgrad ist eine der zen­tralen Aus­le­gungs­größen für Ener­gie­speicher. In einem ersten Schritt muss die richtige Spei­cher­tech­no­logie für den jewei­ligen Anwen­dungsfall gefunden werden. Es wird zwi­schen sek­to­ralen und sek­tor­ge­kop­pelten Ener­gie­spei­chern unter­schieden. Die sek­to­ralen Spei­cher­tech­no­logien spei­chern die Energie zur anschlie­ßenden Nutzung im selben Sektor (z. B. Strom zu Strom). Sek­tor­ge­kop­pelte Ener­gie­speicher trans­for­mieren Energie zur Spei­cherung in einen anderen Sektor (z. B. Strom zu Gas oder Strom zu Wärme). [1]

Quellen:

[1] Andrese, L., Badeda, J., Bauer, F., Dötsch, C., Friedrich, A. K., Gamrad, D., Gölz, S., Gschwander, S., Pel­linger, C., Reuß, M., Schmitz, G., Schulz, D., Span, R., Sprecher, M., Sterne, M., Wagner, N., Weiss, T. & Zunft, S. (2017): Ener­gie­speicher VDI Sta­tus­report Oktober 2017, VDI-Gesell­schaft Energie und Umwelt, Düs­seldorf vdi.de/presse/publikationen/publikationen-details/pubid/vdi-statusreport-energiespeicher/

[2] Sterner, M. & Stadler, I. (2017): Ener­gie­speicher: Bedarf, Tech­no­logien, Inte­gration, ISBN 978–3-66–248892-8, Springer Vieweg, Berlin