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