Der Anteil der Erneuerbaren Energien nimmt kontinuierlich zu. Bereits 2011 stammen in Deutschland etwa 20% des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien. Der Ausbau der Erneuerbaren Energien und der damit verbundene Rückgang fossiler und atomarer Energie aus konventionellen Kraftwerken bringt weitreichende Aufgaben mit sich. Es müssen Möglichkeiten geschaffen werden, Überschüsse aus der erneuerbaren Energieerzeugung zu speichern, um Schwankungen auszugleichen und die dauerhafte Energieversorgung zu gewährleisten.
Hier habe ich einige Fakten zu dem Thema aufgelistet und beschrieben welche Möglichkeiten der Speicherung es bereits gibt.
Welche Technologien stehen bisher für Energiespeicherung zur Verfügung?
- Für kurz- und mittelfristige Speicherungen sind Technologien wie Pumspeicherkraftwerke oder Druckluftspeicher geeignet.
- Der Ausgleich von Langzeitfluktuationen stellt eine Herausforderung dar.
- Pumpspeicherkraftwerke und Co. sind bei einer langfristigen Speicherung nicht wirtschaftlich genug
- Ein Ausgleich über das europäische Stromverbundnetz ist zwar theoretisch möglich, benötigt aber ebenfalls Speicher und ist mit hohen Kosten und extrem großen Transportkapazitäten verbunden.
- Volkswirtschaftlich die beste Lösung ist eine Kombination vom Ausbau der Transportkapazitäten und einem regionalen Ausgleich durch Speicher.
- Bisher sind nur zwei Arten des Langzeitspeichers in der breiten Diskussion:
- Große Pumpspeicherkapazitäten in Skandinavien, wobei hier sowohl politische als auch technische Fragen der Umsetzung bisher weitgehend ungeklärt sind.
- Herstellung und Speicherung von Wasserstoff, wobei für diese Art der Speicherung noch keinerlei Infrastruktur vorhanden ist. Die aus der Schaffung nötiger Strukturen entstehenden Kosten sind ebenso wie die generelle technische Umsetzbarkeit fraglich.
- „Erneuerbares Methan“ (auch Windgas genannt) könnte eine Alternative zu den bisher diskutierten Speichertechnologien darstellen.
Was ist „erneuerbares Methan“ und wie kann es eingesetzt werden?
- Das EE-Methan Konzept basiert auf einer Kopplung des Stromnetzes mit dem Erdgasnetz.
- Regenerativer Strom spaltet Wasser über eine Elektrolyse in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff.
- Der Wasserstoff wird mit Co2 zu Methan konvertiert.
- Das entstandene EE-Methan kann gespeichert, transportiert und je nach Bedarf in Dampf- oder Dampf- und Druck-Kraftwerken eingesetzt werden.
- Erfolgt die Rückkopplung dezentral, kann der Nutzungsgrad durch Kraft-Wärme-Kopplung weiter erhöht werden.
- EE-Methan kann ebenfalls im Wärme- und Transportsektor eingesetzt werden. Als Treibstoff konventioneller PKWs und zur Erhöhung der Reichweite von Elektrofahrzeugen.
- Aus Wasserstoff und CO2 lassen sich neben Methan noch weitere Kraftstoffe herstellen, z.B Kerosin für Flug-, Schiff- und Güterverkehr.
- Steht das CO2 zur Verfügung, können etwa 60% des erneuerbaren Stroms als EE-Methan im Erdgasnetz gespeichert werden.
- Die Speichereffizienz für Strom liegt je nach angewendetem Verfahren bei 28 bis 45%.
Vorteile des EE-Methan gegenüber „konventionellen Speichermedien“
- Im Gegensatz zum Wasserstoffkonzept kann bei erneuerbarem Methan die vorhandene Erdgas-Infrastruktur genutzt werden. Technologien für Erdgas sind Stand auf dem der Technik und kommerziell verfügbar.
- Das Erdgasnetz ist bereits heute der größte vorhandene Energiespeicher in Deutschland.
- Methan hat eine dreifach höhere Energiedichte und verbraucht somit dreimal weniger Platz als Wasserstoff.
- Das für die Methan-Herstellung benötigte CO2 kann entweder aus der Luft oder direkt von den CO2-Quellen industrieller Prozesse abgegriffen werden, bevor es an die Luft gelangt.
- CO2 lässt sich durch Abtrennung bei der Verbrennung von EE-Methan in Gaskraftwerken teilweise recyceln.
Grundlagen des Honigmann-Prozesses
- Der Prozess basiert auf der Tatsache, dass verschiedene Flüssigkeiten bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken verdampfen.
- In einem ersten Schritt wird einer konzentrierten Lösung erlaubt Wärme an einen Wassertank abzugeben, wodurch das Wasser im Wassertank verdampft.
- In einer Expansionsmaschine kann aufgrund des entstehenden Dampfdruckunterschieds mechanische Arbeit produziert werden – Diese Arbeit stellt den Nutzen des Prozesses dar.
- Der Dampf wird in die konzentrierte Lösung geleitet. Die durch die Aufnahme entstehende Wärme verdampft wiederum mehr Wasser im Tank.
- Im Verlauf des Prozesses wird die Lösung immer weiter verdünnt, was zur Folge hat, dass sie weniger Arbeit leisten kann. Die Lösung muss also in gewissen Zyklen wieder aufkonzentriert werden.
Welche Vorteile birgt der Honigmann-Prozess?
- Der Prozess ist sehr flexibel. Ist der Speicher einmal beladen (die Lösung liegt in konzentrierter Form vor), können neben der reinen Speicherung prinzipiell drei verschiedene Energieformen zur Verfügung gestellt werden: Arbeit, Wärme, Kälte.
- Die Bereitstellung der verschiedenen Energieformen kann zu jedem Zeitpunkt in beliebiger Form erfolgen.
Das Intelligente Brennstoffzelle-Direktspeicher-Hybridsystem
- Brennstoffzelle und Direktspeicher werden in einem System gebündelt. Ziel des Hybridsystemverbunds ist die Kombination der Vorteile aus den einzelnen Speichertechnologien.
- Der Direktspeicher dient primär der Abfederung dynamischer Erzeuger- und Verbraucherschwankungen in einem Zeitbereich von Sekunden bis Stunden.
- Die wichtigste Option für Direktspeicher sind Lithium-Ionen Batterien. Neben Batterien können aber auch elektrochemische Doppel-Kondensatoren (Supercaps) einen Anteil an Direktspeichern bildet.
- Im Vergleich zur zentralen Energieversorgung haben dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen einen deutlich höheren elektrischen Wirkungsgrad und eine bessere Brennstoffausbeute.
- Der Wirkungsgrad konventioneller Anlagen liegt bei 30 bis 50%, der von KWK-Anlagen bei um die 80%.
- Verluste durch lange Transportwege werden vermieden.
