Windkraft - thermische Energiespeicher

Hallo zusammen,
die Schwäche der regenerativen Energiequellen Wind und Solar ist ja,
dass die Versorgung damit nicht zuverlässig und konstant ist. Ein guter
Energiespeicher müsste her. Doch an Energiespeichern mit hohem
Wirkungsgrad mangelt es noch.
Moderne Pumpspeicherkraftwerke erreichen für den gesamten Prozess
Laden->Entladen Wirkungsgrade von 75 - 85%.
formatting link

Da frage ich mich, ob man die Energie nicht thermisch speichern könnte.
Wenn man z.B. Stahl als Speicher nehmen würde und da die Schmelzwärme
ausnutzt, würde man bei ca. 1500°C arbeiten.
Bei 1500°C liegt der theoretisch maximal erzielbare Wirkungsgrad der
Energierückgewinnung bei über 80%:
formatting link

Es sollten also Wirkungsgrade von deutlich mehr als 50% machbar sein.
GuD-Kraftwerke schaffen schon 60% bei ähnlichen Prozesstemperaturen:
formatting link

Der Aufladewirkungsgrad dürfte sich in der Nähe von 100% bewegen. Im
wesentlichen fallen Leitungsverluste an, die es auch bei allen anderen
Speicherverfahren gibt
Theoretisch wäre ein thermischer Speicher vom Wirkungsgrad her also gar
nicht mehr so weit von Pumpspeicherkraftwerken entfernt.
Deutschland hat 2008 ca. 617 Milliarden kWh Strom verbraucht, das sind
pro Tag gerundet 2 Milliarden kWh, also 2E9
Will man also beispielsweise den Energieverbrauch von einem Tag
speichern, müsste man 2 Milliarden kWh = 7E15 Joule speichern.
Die Schmelzwärme von Eisen ist 270kJ/kg, also 270000J/kg
Man bräuchte also 26Millionen Tonnen Eisen. Das entspräche einem Würfel
von ca. 150m Kantenlänge.
Das entspräche etwas mehr als der Jahresproduktion von ThyssenKrupp
Für Stahl ziemlich viel, aber vielleicht käme auch anderes billigeres
Material in Frage?, z.B. Sand oder Wasser unter hohem Druck.
Da man dieses Speicherverfahren bisher nicht einsetzt, wird wohl
irgendwas dagegensprechen. Nur was?
Technisch sehe ich keine unlösbaren Probleme, Hochöfen halten die hohen
Temperaturen auch viele Jahre aus. Von den Kosten her wäre der Stahl
vermutlich sehr teuer, man könnte aber vielleicht auch ein anderes
billigeres Material mit geeignetem Schmelzpunkt verwenden.
Oder findet jemand einen Rechenfehler?
Michael
Reply to
Michael Rübig
Loading thread data ...
Michael Rübig schrieb:
Sehen Viele als Problem. Genau genommen liegt aber genau darin die Lösung des Problems!
Haben wir schon. Z.B. in Form von pflanzlichen Abfällen oder sonstigem organischen Material.
Der Wirkungsgrad ist angesichts des immensen solaren Energieüberangebots auch nicht das Problem. Das Problem ist vor allem der Umweltschaden, den wir mit den unterschiedlichsten Prozeduren verursachen. Nur auf den Wirkungsgrad schielen zu wollen, heißt nur, dass man das Kernproblem (Umweltschaden) noch lange nicht verinnerlicht hat. Ein Wirkungsgrad kann immer nur eine HILFSgröße von vielen sein.
Schön wär's. Du vergisst hier, dass der produzierte Strom doch schon mit mindestens 50% Verlust erzeugt wurde. Nimm also die Hälfte deiner Annahme, wenn du damit das richtige Leben beschreiben willst.
Es wäre sehr viel besser, für nicht gebrauchten Strom die leistungsmäßig zugehörigen thermischen Maschinen ganz einfach abzuschalten. Dann bleibt der Brennstoff ganz einfach liegen. Kennst du einen Weg, wie man die Energie billiger und verlustärmer speichern könnte?
Einzige Voraussetzung: Die thermodynamischen Maschinen müssen nur flink genug sein. Praktisch bedeutet das, dass sie halt klein genug sein müssen. Kleine Anlagen wird man gerne statt Heizkessel betreiben. Die Heizkessel können also verschrottet werden. An ihre Stelle tritt ein Stück Kraftwerk von der Grünen Wiese. Es ist ein Unterschied, ob die Abwärme durch Kühltürme weggeworfen oder in Gebäuden genutzt wird.
80% ist der theoretische Wirkungsgrad. Praktisch schafft man etwa die Hälfte. Mit GuD noch etwas mehr.
Wenn so ein Ding kleine thermische Verluste haben soll, dann muss es entweder supergut thermisch isoliert oder riesengroß sein. Aus kleinen Strukturen kriegt man die Wärme recht gut wieder raus. Aus großen Strukturen zu holen, bedarf durchaus erheblichen Aufwand. Z.B. Rohrsystem mit speziellen mobilen Wärmeträgern. Gas bietet sich an, transportiert aber nur wenig Wärme, was zu entsprechend großen und damit teuren Oberflächen führt. Soll das Gas direkt in die (GuD-)Turbine, dann muss das ganze System auch noch druckfest sein, was insbesondere bei großen Strukturen ein größeres Problem sein dürfte. Metallschmelzen brauchen zwar keine hohen Drück, sind aber ein Kapitel für sich.
GELD!
Reply to
Christoph Müller
Michael Rübig schrieb:
Hallo,
Du hast nicht bedacht das man beim Ausnutzen der Schmelzwärme des Eisens beim ersten Einsatz zunächst bis zum Schmelzpunkt aufheizen muß und dann erst "Schmelzwärme" speichern kann. Beim Entladen könnte man nur bis knapp unter die Schmelztemperatur entladen damit man die für den guten Carnot-Wirkungsgrad nötige hohe Temperatur auch bis zum Schluß des Entladens hat. Die noch vorhandene gespeicherte thermische Energie bis runter zur Umgebungstemperatur kann man nicht entnehmen, die müsste durch gute Isolierung solange gehalten werden bis das nächste Mal wieder überschüssige Windenergie zur Verfügung steht, aber das kann einige Tage oder gar Wochen dauern. Solange müsste aber die Isolation die Temperatur halten damit nicht die zum Aufheizen bis unter dem Schmelzpunkt benötigte Wärmeenergie verloren geht. Damit der Stahl nicht oxidiert müsste man ihn unter Schutzgas halten, Stickstoff oder Argon. Das Schutzgas bräuchte man auch für die Gasturbine damit man nicht durch einen zusätzlichen Wärmetauscher muß. Der geschlossene Schutzgaskreislauf darf aber nicht durch Undichtigkeiten Sauerstoff aus der Luft aufnehmen. Wie aber soll die Wärme in den Stahl kommen, durch induktive Beheizung mit Verlusten bei der Erzeugung der nötigen höheren Frequenz? Wie soll die Wärme vom Stahl auf das Schutzgas übertragen werden? Sollen da Rohre das Schutzgas durch den flüssigen Stahl führen, Rohre aus einem gut wärmeleitenden Material das die Temepraturen noch aushält und auch die herrschenden Kräfte aushält? Oder willst Du das Schutzgas mit Düsen durch den flüssigen Stahl blasen?
Bye
Reply to
Uwe Hercksen
Hallo Uwe,
Ja, einmalig muss man das ding halt hochfahren.
Bei großen Speichern ist das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche ziemlich gut, so dass das Ding selbst ohne Isolation ewig heiß bleiben würde. Bei großen Speichern dürfte sich der Verlust in Grenzen halten.
Das sollte machbar sein.
Auch das sollte machbar sein. Schafft man bei Kernkraftwerken ja auch.
So habe ich mir das vorgestellt. Die Verluste bei Hochspannungstechnik sind aber sehr gering und sollten im unteren einstelligen Prozentbereich liegen. Zumindest das ist ja Stand der Technik.
Das ist die Frage. Keine Ahnung. Das müsste noch entwickelt werden. Im Gegensatz zu anderen Technologien erscheint mir das aber nicht so komplex (ohne da Experte zu sein). Die Ausführung des Wärmeübergangs entscheidet halt massiv über die Leistung, die man dem System entnehmen kann.
Michael
Reply to
Michael Rübig
Michael Rübig schrieb:
Hallo,
das gilt für Hochspannung bei 50 oder 60 Hz, auch bei der Umwandlung in Gleichspannung und zurück für HGÜ. Das gilt aber nicht genauso für Frequenzen von etlichen kHz.
Bye
Reply to
Uwe Hercksen
Hallo,
Ich entwickle Schaltnetzteile für 400V und schaffe locker über 90% Wirkungsgrad. Solarwandler schaffen über 95%. Windkraftanlagen-Wechselrichter arbeiten auch im kHz-Bereich und haben auch sehr gute Wirkungsgrade.
Thyristoren gibt es für fast beliebige Leistungen. Im Kleinen haben die ca. 2V Verlust. Lass es 10V Verlust sein, bei 1000V sind das gerade mal 1%. Hinzu kommen die Schaltverluste. Bei wenigen kHz sind die aber in der Regel noch klein im Vergleich zur übertragenen Leistung.
Das ist nun wirklich kein Problem.
Allerdings muss ich zugeben, dass ich mich mit den Induktionsöfen der Stahlindustrie überhaupt nicht auskenne und daher auch voll daneben liegen kann.
Michael
Reply to
Michael Rübig
Christoph Müller schrieb:
Aha, die ungleichmäßige Energieabgabe von Wind und Solar ist die Lösung. Seltsame Ansicht.
Ich habe zwar keine Quellen, kann mir aber nicht vorstellen, dass es davon wirklich genug gibt, um die Flauten wirklich zu decken.
Du gehst hier von thermischen Kraftwerken (Kohle, Öl, Atom) aus.
Für thermische Kraftwerke passt das. Bei Wind oder Sonne muss man die Energie abnehmen, wenn sie zur Verfügung steht. Macht man das nicht, ist sie einfach weg. Deshalb speichern und das möglichst billig und mit möglichst gutem Wirkungsgrad.
Das geht mit Gaskraftwerken. Wenn man Kohle und Kernenergie komplett weghaben will, muss man speichern und ich kann mir nicht vorstellen, dass das nur durch Hoch- und Runterfahren von Biomassekraftwerken möglich ist.
Das ist ein Teil der Lösung aber sicher nicht die allumfassende.
Genau das schrieb ich ja.
Besser ein Speicher mit Verluste als Windkraftanlagen abzuschalten.
Ich kann mir nicht vorstellen, dass das unlösbar ist aber wissen tue ich es nicht
Ein mittleres Pumpspeicherkraftwerk mit z.B. 10 Millionen Kubikmeter Wasserkapazität und 500m Arbeitshöhe speichert ca. 10Mill Tonnen * 500m * 10m/s² = 50TJ Für 50TJ bräuchte man 200000t Eisen. Das entspricht einem Würfel von ca. 30m Kantenlänge. Um also die Regelkapazität eines mittleren Pumpspeicherkraftwerks zu ersetzen, bräuchte man "nur" einen 30m großen Würfel zu erhitzen. Ob so eine Anlage wirklich viel teurer währe? Man spart die Staumauer, die Druckleitung und die Eingriffe in die Natur.
Naja, irgendwas mir unbekanntes scheint wohl ein KO-Kriterium zu sein.
Michael
Reply to
Michael Rübig
Michael Rübig schrieb:
Habe auch nicht behauptet, dass sich das jedem sofort erschließt.
Angenommen, es stimmt wirklich, dass wir unsere Energieversorgung künftig regenerativ betreiben wollen, dann werden wir uns doch überlegen müssen, wie das geht.
Wenn man weiß, dass die größten Energiepotenziale starken Schwankungen ausgesetzt sind, dann sollten wir doch darauf doch reagieren und eine passende Antwort darauf finden. Richtig?
Eine passende Antwort müsste doch heißen, dass man die Energien SYSTEMATISCH bevorzugt, die sich nicht lagern lassen. Also insbesondere Sonne und Wind, aber auch Wasser und (mit Vorsicht zu genießen) Biogas.
Dann muss man halt man hinschauen, welche Eigenschaften diese Energien denn so haben. Eine, die sehr gut gefällt, ist, dass sie nichts kosten und gleichzeitig auch die Umwelt nicht belasten. Hat man entsprechende Wandler, dann produzieren sie Strom, sobald ihre Energieform ansteht. Egal, wie viel der Strom grade kosten mag. Sie produzieren auch dann noch Strom, wenn er (fast) gar nichts mehr kostet (ansonsten werden sie abgeschaltet).
Wird der Strompreis automatisch von einem Regler aufgrund des aktuellen Verhältnisses von Angebot zu Nachfrage gebildet, dann wird alleine der Strompreis dafür sorgen, dass man bei genügend hohem Stromangebot die Anlagen abschaltet, die mit speicherbaren und damit teuren Energieformen arbeiten. Notfalls heizt man dann auch mal elektrisch. Und belastet die Umwelt trotzdem nicht, weil ja keine Schadstoffe freigesetzt werden. Und wenn man dann trotzdem mit speicherbaren Energien arbeitet, dann sollte man wenigstens mit der Wärme noch was Sinnvolles anfangen können. Andernfalls müsste der Strompreis nämlich wirklich die KOMPLETTEN Primärenergiekosten bezahlen. Das wird im beschriebenen Umfeld sicher auch öfters mal passieren. Da ist es dann eben gut, wenn man flinke Maschinen hat, die solche Zeiten gezielt nutzen können.
Mit trägen Großkraftwerken wird man da nicht weit kommen. Die müssen nämlich durch laufen. Auch dann, wenn eigentlich genügend Sonnen- und Windenergie im Netz wären. Sie sind einfach zu groß, um noch sinnvoll reagieren zu können. Sie mögen zwar einen hohen elektrischen Wirkungsgrad haben - aber wenn man sie nicht anhalten kann, wenn es eigentlich sein müsste, ist ihr "Nutz"wirkungsgrad sehr nahe an Null. Sie verpesten dann wirklich völlig sinnlos die Umwelt und brauchen zudem noch sehr teure und ineffektive SEKUNDÄRenergiespeicher.
Recherchiere selber. Du wirst dich wundern.
Richtig. Einfach deshalb, weil sie derart groß gebaut werden, dass man sie gar nicht mehr ausschalten kann, wenn man sie grade nicht braucht.
Die sollte man ausschalten, wenn genug Strom im Netz ist.
Wo ist das Problem? Thermische Kraftwerke abschalten und du hast du willst: Energie wird nicht verbrannt und somit gespeichert. Die Kisten brauchen nur flink genug (und damit klein genug) sein.
Ab durch den Kühlturm. Ist Standard bei jedem thermischen Großkraftwerk.
Richtig. Brennstoffe ganz einfach liegen lassen. NICHTS TUN! Speichert besser und billiger als jeder Sekundärenergiespeicher. Ist schon so primitiv, dass es kaum jemand glauben mag.
Warum macht man's dann nicht und baut lieber teure und ineffiziente Sekundärenergiespeicher?
Ob Biomasse oder nicht, ist im ersten Anlauf gar nicht mal so wichtig. Die kommt dann sowieso erst mit den Marktsättigungseffekten und dem Spezialisierungsdruck auf die Hersteller der Anlagen.
Mag sein. Was ist umfassender?
Noch besser thermische Anlagen einfach abschalten, wenn genug Windstrom im Netz ist.
Machbar ja. Aber sehr teuer. Wie übrigens so gut wie immer, wenn man physikalisch hochwertige Energie (also vor allem elektrische oder mechanische) speichern will.
Neben Geld gibt's da noch die "schnöde Mechanik". So lange das Eisen den Aggregatzustand nicht ändert, sollte sowas vielleicht noch in den Griff zu bekommen sein, wobei auch da schon mit der Wärmedehnung größerer Ärger ins Haus stehen könnte. Wenn sich der Aggregatzustand ändert, sehe ich allerdings durchaus ziemliche Probleme. Man müsste präzise steuern können, wie die Erstarrung vonstatten geht, wenn es nicht zu mechanischen Schäden kommen soll. Ob die mutmaßlichen Röhren im System das noch mitmachen würden? Wie werden sie mit den mechanischen Spannungen fertig? Man könnte vielleicht einen Kugelhaufen realisieren mit keramikumhüllten Eisenkernen. Das Eisen darf schmelzen - die Keramik nicht. Oder so ähnlich. Lösungen würden sich wohl schon finden. Aber sind sie die Sache auch wert? Ich habe meine Zweifel. Einen Haufen Kohlen auf Halde zu lassen oder ein paar Liter Öl im Tank belassen, dürfte allemal sehr viel billiger und effektiver sein.
Reply to
Christoph Müller
Christoph Müller schrieb:
Das mit dem Eisen war ja auch nur ein Beispiel. Meinetwegen nimmt man billiges Salz, Sand oder was weiß ich. Es muss auch keine Schmelzwärme genutzt werden. Wenn man bei einem anderen Medium 300k hoch und runterheizen kann und dabei im flüssigen Bereich bleibt, sollten ähnliche Energiemengen speicherbar sein und man könnte sich Konvektion zur Verteilung der Wärme zu Nutze machen.
Natürlich hast Du recht, dass es im Vergleich zu heute viel besser ist, die Leistung von thermischen Kraftwerken schnell zu regeln. Darum ging es aber gar nicht. Wenn man von fossilen Brennstoffen weg will, bleibt als beliebig regelbare Energiequelle nur Biomasse(Gas) und vielleicht noch Erdwärme. Ich bezweifle, dass man mit Biomasse die gesamte Regelleistung abdecken kann. Geothermie in großem Maßstab ist noch sehr weit in der Zukunft.
Michael
Reply to
Michael Rübig
Und Wasserkraft. Und f=FCr l=E4ngere Zeitr=E4ume Wasserstoff, welcher leich= t nutzbar f=FCr Verkehr, Heizung und Stromerzeugung ist. Und vielleicht auch mal die Elektroautos mit den eingebauten Akkus zur Stromspeicherung und Lastverteilung nutzen.
Ansonsten gilt es m=F6glichst viele regenerative Stromerzeuger in einem m=F6glichst gro=DFen Gebiet miteinander zu kombinieren:
formatting link

Reply to
Martin Kobil
Martin Kobil schrieb:
Als Sofortma=DFnahme zB Pullover bzw Zwiebelschalentechnik. =DCberheizte R=E4ume meiden hilft auch Erk=E4ltungen reduzieren.
--=20 mfg hdw
Reply to
Horst-D.Winzler
Michael Rübig schrieb:
:-)
Klar. Aber das Zeug bringt in der Masse auch ganz ordentlich Leistung. Meistens werden diese Anlagen abgeschaltet sein, wenn genug Sonnen- und Windkonverter installiert sind. Grund: Nachfrager kann man ja auch ein- und ausschalten und so für ausgeglichene Verhältnisse sorgen. Die Stromversorger machen gleich gar nichts Anderes, als nur über die ABNHAMEtarife zu "regeln". Auf speicherbare Energien wird man also nur dann zurückgreifen, wenn's nicht mehr anders geht. Genau die gleiche Motivation steckt hinter jedem Speicherkraftwerk auch.
Ich hab' da vor längerer Zeit mal ziemlich intensiv rumgerechnet. Von daher habe ich diesbezüglich jedenfalls keine Zweifel.
Wäre auch in einem automatischen Stromhandelssystem nur ein Teil von sehr vielen. In dem Augenblick, in dem jemand meint, mit EINER Energieform sämtliche Energieprobleme lösen zu wollen, gehen bei mir sämtliche Alarmglocken los.
Reply to
Christoph Müller
Hallo, Martin,
Du meintest am 09.12.09:
Kleinkram. Die derzeit grössten Wasserkraftwerke in Deutschland sind Pumpspeicherwerke, mit (verglichen mit Braunkohle- oder Kernkraftwerken) kleiner Leistung. Da lässt sich die Kapazität nicht mehr wesentlich erweitern.
Verkehr: nein. Trotz des Buheis, der immer noch darum gemacht wird. Hauptproblem: keine simple Speicherung, insbesondere verglichen mit den jetzigen Energiequellen für Kraftfahrzeuge. Auch BMW scheint das erkannt zu haben.
Wasserstoff für Heizung? Eine besonders teure Art, Geld zu verbrennen - Isolierung ist wirtschaftlicher.
Bei den jetzigen Preisen für Akkus ist das ein sehr teures Geschäft, ein unrentables Geschäft.
Nein - Energie sparen ist immer noch die beste Quelle. Am Rande: der Anteil des Strombedarfs am gesamten Energiebedarf ist so etwa 1/3 - woher willst Du den Rest beschaffen?
Viele Gruesse! Helmut
Reply to
Helmut Hullen
Martin Kobil schrieb:
Natürlich auch.
davon sollten wir im großtechnischen Maßstab tunlichst die Finger davon lassen. Entwickelt sich sonst zu einer größeren Gefahr für das Leben wie jeder atomare Weltkrieg.
Wenn's denn wirklich so wäre, hätten wir das längst. Anstrengungen in diese Richtung wurden ja schon reichlich gefördert.
Auch daran kann man denken. Doch sollte man sich davon keine Wunder versprechen. Man wird Akkuleistung nämlich erst bei SEHR hohen Strompreisen in das Netz zurückspeisen, weil das die Akkus durchaus stark belastet und ihre Lebensdauer verkürzt. Dieser Verschleiß will erst mal bezahlt sein.
Sehr viel länger bekannt:
formatting link
und
formatting link
Reply to
Christoph Müller
Am 10 Dec 2009 09:08:00 +0100 schrieb Helmut Hullen:
Netter Artikel dazu:
formatting link
'Wir Deutschen debattieren zwar leidenschaftlich übers Autofahren ? dabei ist unser Ernährungsverhalten noch klimaschädlicher.
Und ich habe jetzt zwar ein halbwegs umweltverträgliches Zuhause, bin aber als Journalist eine Dreckschleuder. Mit einer einzigen Dienstreise, einem Flug nach Singapur und zurück, habe ich über sieben Tonnen Kohlendioxyd verursacht. Sieben Tonnen. Das war unsere jährliche Haus-Ersparnis.
Wie diese Schizophrenie auflösen? Was tun? Was lassen? Beruflich fliegen, aber privat nicht mehr ausatmen? Den Beruf runterfahren, dann aber kein Geld mehr für eine Erdwärmepumpe haben?'
Lutz
Reply to
Lutz Schulze
Hi,
Martin Kobil schrieb:
dazu gabs vor einigen Wochen in den vdi nachrichten einen Artikel mit einem sog. "Experten". Auf die Frage, wie denn sichergestellt werden solle, dass am nächsten Morgen der Akku noch genügend gefüllt ist, kam die Antwort "Ganz einfach, dazu müsse nur das Lademanagement des Kfz mit meinem Outlook synchronisiert werden." Schon lange habe ich nicht mehr so herzhaft gelacht.
Gruß, Volker.
Reply to
Volker Staben
Hi,
Christoph Müller schrieb:
Das ist Unsinn. Dir ist möglicherweise nicht klar, dass, wenn ich eine Beleuchtung mit 100W Leistung einschalte, diese 100W innerhalb von wenigen Sekunden durch Regelkraftwerke als Mehrleistung ins Netz eingespeist werden?
Gruß, Volker.
Reply to
Volker Staben
Volker Staben schrieb:
Automatischer bilateraler Stromhandel für alle! Dann sollen sie doch einfach zeigen, was sie drauf haben. Wer sollte warum was gegen diese Beweismöglichkeit einwänden wollen?
Welches Problem hast du überhaupt?
Reply to
Christoph Müller
Martin Kobil schrieb:
Solange es bei der Umwandlung von Strom->Wasserstoff->Strom keine deutlichen Fortschritte gibt, sehe ich das sehr skeptisch. Der Gesamtwirkungsgrad wäre weit unter 50%. Da wäre mein Wärmespeicher von der Energiebilanz theoretisch deutlich überlegen.
Michael
Reply to
Michael Rübig
Hi Michael,
Das ist die Denke derer, die mit unflexiblen Großkraftwerken rechnen. Die brauche die Speicher nicht wegen der Spitzenlast, den die Kunden brauchen, sondern wegen der Trägheit ihrer Kraftwerke. Windkraft und Solaranlagen sind aber gar nicht träge. die sind in Sekundenbruchteilen im Zweifelsfall vom Netz genommen, wenn man weniger braucht. Ergo: Hat man genug davon, dann braucht man nicht speichern, sondern kann den Bedarf innerhalb weniger Sekunden anpassen. Ich geb zu, das ist eine andere Denkrichtung. Aber eine, die recht tauglich funktionieren kann.
Marte
Reply to
Marte Schwarz

Site Timeline

PolyTech Forum website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.