Warum nicht Strom in Form von Wärme speichern?

Dann rechne mal vor!

Michael Dahms

Am 31.01.2011 18:51, schrieb Tom Berger:

Dabei würde es reichen, im Falle von hinreichend Solar- und Windstrom ganz einfach die thermische Stromproduktion so lange einzustellen. Effektiver und billiger als in seiner Rohform lässt sich lagerbare Energie nicht speichern.

Flinke thermische Anlagen würde man halt ausschalten, wenn man sie grade nicht braucht. Die Speicherkraftwerke braucht man nur, um die superträgen Großanlagen weiterlaufen lassen zu können. Sie kommen mit den realen Lastwechseln nämlich nicht klar. Daraus wird dann geschlossen, dass Solar- und Windstrom gespeichert werden müsse und nicht die Brennstoffe der Kraftwerke. Das ist ein strukturelles Problem, das mit einem automatischen bilateralen Stromhandelssystem für alle leicht gelöst werden könnte. Dann wär's allerdings mit dem bequemen Monopol schnell vorbei, weil dann statt Heizkesseln nur noch Stromerzeuger verbaut würden, die in Summe SÄMTLICHE Großkraftwerke (also inklusive Kernenergie) überflüssig machen.

Wenn man bedenkt, wie viele Fjorde damit eingemauert werden müssen, ahnt man schon, wie viel der Machterhalt und -ausbau den Strippenziehern wert sein muss.

Dass Stromspeichern teuer ist, wussten schon unsere Großväter. Ist schon irgendwie merkwürdig, dass niemand auf die Idee kommt, die Energiespeicher, die in den Großkraftwerken ständig verheizt werden, einfach liegen zu lassen statt anzuzünden. Lieber werden Speicherkraftwerke für die 40% Rest aus den Energiespeichern gebaut. Irgendwie zweifle ich da manchmal am Verstand...

Dem Pumpspeicherwerk ist es völlig egal, wie der Strom, der die Pumpen antreibt, erzeugt wurde. Es ist ihm auch völlig egal, wenn mit der Stromproduktion 60% der eingesetzten Energie einfach durch Kühltürme weggekühlt wird, während gleichzeitig in den Gebäuden die gleiche Wärmemenge in den Heizkesseln NOCHMAL produziert wird. Wäre es nicht einfacher, schlichtweg Minikraftwerke dort hin zu stellen? Ist viel Sonnen- und Windenergie im Netz, dann werden diese Anlagen ganz einfach abgeschaltet. Die Energiespeicher werden nicht angetastet. Wärmebedarf wird dann umweltverträglich (!) elektrisch gedeckt. Automatisches bilaterales Stromhandelssystem für Alle regelt das.

Wäre durchaus denkbar. Sofern man sowas überhaupt braucht.

Am Mon, 31 Jan 2011 22:07:02 +0100 schrieb Christoph Müller:

Ja, aber das bedeutet zwangsläufig, dass man reichlich thermische Stromproduktion hat, und dass die volatile Produktion bei maximaler Leistung gerade mal die Netzlast abdeckt. Auf Deutschland bezogen heisst das, dass nicht mehr als etwa 20% Windstromanteil machbar ist.

Wir reden davon, dass es irgend wann nur noch wenig thermische Stromproduktion gibt, und dass volatiler Windstrom bei Starkwind locker 5 mal so viel Leistung liefert, wie das Netz abnehmen kann. Das würde dazu führen, dass sehr viel teuer erzeugter Windstrom ungenutzt entsorgt wird, und dass die thermische Stromproduktion meist nur mit sehr kleiner Teillast und deshalb sehr teuer vor sich hindümpelt.

Nein, da geht's tatsächlich nur um die Nutzung von Gewässern als Speicherseen, die bereits heute für die Stromproduktion genutzt werden. Da wird heute nur der Ablauf genutzt, aber es wäre relativ einfach, das Wasser da auch wieder hochzupumpen.

Das kann man machen, wenn man mit ungefähr 5 mal höheren Strompreisen als heute einverstanden ist. Das sind aber die wenigsten.

Rechne einfach mal durch, wie viel Windstrom Du ohne Speicherung maximal ins Netz kriegst, und rechne dann mal durch, mit welchem Auslastungsgrad die verbliebenen thermischen Kraftwerke noch arbeiten. Schon bei 40% Windstromanteil liegt sehr häufig bis zu dreimal so viel Leistung an, wie das Netz gerade aufnehmen kann. Damit sinkt der Auslastungsgrad der Windkraftanlagen dramatisch. Um 40% Windstromanteil des Stromverbrauchs zu haben, musst Du deshalb Kapazitäten für 60% Windstromanteil aufbauen. Und dann werden thermische Kraftwerke nur noch auf einen durchschnittlichen Auslastungsgrad von 60% kommen.

Am 31.01.2011 22:52, schrieb Tom Berger:

dürfte so um 80% liegen.

Die Nutzung nicht lagerbarer Energieformen verursacht gemeinhin keine Umweltschäden. Wenn genug davon vorhanden ist, kann man also bedenkenlos auch elektrisch heizen. Jetzt wird das aufgrund der damit verbundenen Umweltsauerei zu Recht als Frefel gesehen. Zu Heizen gibt's immer eine ganze Menge und elektrische Heizstäbe sind i.d.R. auch noch recht billig, so dass man sie meistens auch als Zusatzoption installieren kann. Der Wärmebedarf, der sonst mit speicherbaren Energien gedeckt wird, wird dann eben vorübergehend elektrisch erledigt. Damit sollte weit mehr als 20% Windstrom möglich sein, weil man eben in solchen kurzfristig umorganisieren wird. Damit man das macht, braucht man ein automatisches bilaterales Stromhandelssystem für alle.

Man kann alles übertreiben. Je kaputter der Markt, desto wahrscheinlicher sind Übertreibungen. Dann geht es nämlich nicht mehr um Angebot und Nachfrage, sondern darum, ob man Fördergelder kriegt oder nicht. Diese pflegen öfters ziemlich absurde Folgen zu haben. Wenn man z.B. für Biogasanlagen eigens Mais anbauen muss, der mit viel energieaufwändigem Dünger hochgepäppelt werden muss, dann halte ich das für eine ziemlich absurde Entwicklung. Hat halt mit Angebot und Nachfrage nichts zu tun. Die gesunden Marktmechanismen sind mit der realen Art der Förderung ausgehebelt.

Wenn's so einfach ist, dann sollte sich das ja in einem funktionierenden Markt auch ganz einfach bewähren. Allerdings ist ein funktionierender Markt kaum durchsetzbar.

Warum sollte man was dagegen haben? Schließlich kriegt man dann ja auch

5 mal so viel Geld für den eingespeisten Strom. Merke: In einem funktionierenden Markt kommt es NICHT auf das NIVEAU des Strompreises an, sondern darauf, was man draus macht. Wenn man sowohl als Ver- wie auch als Einkäufer von Strom denken kann, dann interessieren vor allem die Preisbewegungen und nicht mehr - wie heute - das Niveau.

diese Berechnung ist mit einem automatischen Stromhandelssystem ziemlich uninteressant. Wenn absehbar ist, dass man mit bestimmten Energiewandlern nichts mehr verdienen kann, wird man nämlich ganz einfach keine weiteren mehr anschaffen. Man sich ganz einfach um bessere Alternativen kümmern.

Tja - eine normale Heizung kommt halt auch nicht auf 8000 Betriebsstunden im Jahr. Richtig organisiert, wird man die thermische Stromproduktion ähnlich wie Heizkessel betrachten, die man nur dann startet, wenn man sie braucht. Trotzdem wird man sie auf maximale Leistung für die kältesten Tage dimensionieren. Deshalb wird man im Normalfall auch ziemlich große Reserven haben und deshalb wird man so ein System nicht so ohne weiteres aushebeln können. Heute fallen ein paar Strommasten um schon sitzen ganze Landstriche im Dunkeln. Mit einem automatischen bilateralen Stromhandelssystem wäre das ein ziemlich unwahrscheinliches Szenario. Man würde dann seinen Strom eben selber machen, bis die Masten wieder in Ordnung gebracht sind.

Wenn das Netz schlecht organisiert ist, kommt es nun mal zu Übertreibungen. Ist das den Machern denn nicht bewusst?

Heizkessel sind i.d.R. sogar um ein Mehrfaches überdimensioniert. Damit wären also wirklich mehr als genug Reserven gegeben. Man muss den Heizkesseln lediglich die Stromproduktion beibringen.

Nein. Es werden vielleicht 60% der Anlagen zu 100% ausgelastet.

Moin,

Am 01.02.11 09.57, schrieb Christoph Müller:

Du wirst langsam. 11 Stunden und 5 Minuten Latenzzeit bis zum Auftauchen des Stichwortes AstroHS - das haben wir schon schneller gesehen.

SCNR, V.

Am Tue, 01 Feb 2011 09:57:06 +0100 schrieb Christoph Müller:

Deine Ausführungen sind in sich unlogisch. Ich will darauf aber nicht weiter eingehen, weil die mit dem Thema dieses Threads nicht das Geringste zu tun haben. Wenn Du was zum Thema "Stromspeicherung in Form von Wärme" beizutragen hast, dann nur zu, aber das technisch völlig unqualifizierte Gesülze über irgend welcher absurden Marktkonstruktionen kannst Du Dir gerne sparen.

Am 01.02.2011 11:16, schrieb Volker Staben:

Und? Auch schon was Sinnvolles draus gelernt? Schaut mit deinem Text jedenfalls nicht so aus.

*Christoph Müller* wrote on Tue, 11-02-01 09:57:

England hat traditionell sehr viel Elektrowärme in Wohnhäusern. Im kalten Dezember herrschte ein Hochdruckgebiet (warum war es wohl kalt?) und, oh Wunder, es war weitgehend windstill. Im Vergleich zum hochsubventionierenden Deutschland hat England eher wenig Windstrom, es reichte aber aus, die gesamte konventionelle Kapazität scharf an der Grenze fahren zu müssen. Schöne neue Welt, ick hör dir trapsen.

Am 31.01.2011 18:51, schrieb Tom Berger: > Die Speicherung von Wärme hingegen ist aberwitzig preiswert.

Einige Ansätze zur Realisierung:

Grüße, Joachim

"Axel Berger" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@b.maus.de...

Hi, na weils Winter ist, und bei klarem Himmel ohne Wolkendecke....

Immerhin kann man dann auf nur temporär laufende Kurzzeittechniken ausweichen, etwa Dieselkraftwerke mit Pflanzenöl oder Biogasturbinen. Leicht lagerfähige Betriebsstoffe und in Wartestellung günstige Kapazitäten...dagegen ist ein Kohlekraftwerk eine Sauerei und muß durchlaufen. Ein Großdiesel kann in Minuten auf Nennleistung kommen, je nach Bauweise auch aus winterlicher Grabesruhe. Sofern man ihn verbuddelt, ist er sogar frostsicher. Und wartungsarm. Und nein, keine Blockheizkraftwerkstechnik ist dann nötig, nur ein paar Großdieselgeneratoren an günstigen Stellen, fertig. Das zukünftige Netz wird wenige Großerzeuger und viele Kleinerzeuger vereinen, muß die Transferleitung ertragen, falls ein Großleister ausfällt oder eine ganze Region ohne Wind dasteht....also mehr Leitungen, mehr Querschnitt. Und mehr Ferntrassen. Mit dann eben lokalen Reservekapazitäten. Und sobald der Strom "intelligent" wird, kann man ja auch flächendeckend gewisse Unterschiede machen, etwa das Heizen oder Waschen mit Strom verteuern, je nach Verbrauch. Latürnich dann auch für die Industrie :-)

Am Tue, 01 Feb 2011 23:58:56 +0100 schrieb Joachim Pimiskern:

Danke dafür, aber die Speicherung von Solarwärme (in allen Links geht es darum) ist natürlich bekannt. Für solarthermische Desertec Kraftwerke vom Typ "Solarturm Jülich" ist sogar so eine ähnlicher Heissspeicher im Gespräch, wie ich ihn vorgestellt habe. Dass die Speicherung von volatiler Wärme in einem Wärmespeicher ökonomisch äußerst sinnvoll ist, ist kein Geheimnis.

Mir ging es aber um was anderes, nämlich um die Wirtschaftlichkeit der Speicherung von *Strom* in Form von Wärme. Nach meinen überschlägigen Rechnungen müsste nämlich diese Speichermethode sehr viel preiswerter sein als Pumpspeicherkraftwerke. Da stellt sich die Frage, warum Elektrizitätsunternehmen das nicht schon längst nutzen.

Am 02.02.11 18.07, schrieb Tom Berger:

Auf Deinem Grabstein soll wahrscheinlich auch stehen "Zu Lebzeiten umgeben von Idioten, rotiert hier..."?

Weil es derzeit und im großtechnischen Maßstab und nicht nur überschlägig gerechnet wahrscheinlich doch nicht so wirtschaftlich ist, aus der edelsten Energieform die unedelste zu machen, diese zu speichern und nach Speicherverlusten und mit Umwandlungverlusten die wieder in die edelste Energieform zurückzuwandeln?

Weil sich Wärmeenergie deutlich weniger gut einsperren lässt als potentielle Energie oder Elektronen oder Ionen?

Weil man mehr Speicher im großtechnischen Maßstab bisher nicht gebraucht hat - also jetzt anfängt, zusätzliche Technologien zu entwickeln?

Weil sich Technik auf der Basis des Bekannten evolutionär entwickelt?

Alles, was es gibt, hat einen Grund für seine Existenz. Alles, was es nicht gibt, hat einen Grund für die Nichtexistenz.

V.

Am Wed, 02 Feb 2011 19:11:10 +0100 schrieb Volker Staben:

Das habe ich anders errechnet. Wenn Du einen Fehler in meiner Rechnung findest, darfst Du Dich mit diesem Argument gerne nochmals melden. Vorher ist es substanzlos.

In welchem Universum lebst Du denn? In meinem lässt sich - leider! - Wärme seeeeeeeehhhhhhhhr viel leichter einsperren als elektrische Energie, und wenn es um große Mengen von Energie geht, auch sehr viel kostengünstiger als in Form von Gravitations- oder kinetischer Energie.

Der Punkt ist eben der: die Speicherung großer Energiemengen in Form von Wärme ist derart kostengünstig, dass der niedrige Wirkungsgrad der Rückumwandlung der Wärme in Strom dadurch aufgehoben wird.

Irgend wie ist Dein Satz semantisch unsinnig. Erkläre mal wie das eine kausale Beziehung herstellende "also" darin gemeint sein kann.

Alle Szenarien einer 100% Stromerzeugung aus EE setzen auf große Anteile volatilen Windstroms. Der kann nicht ohne Speicher lastgerecht ins Netz gespeist werden. Windstrom aus norwegischen Pumpspeicherkraftwerken würde genau so viel kosten wie Windstrom aus meinen Wärmespeicherkraftwerken, obwohl für diese doppelt so viele Windkraftanlagen aufgestellt werden müssen. Bei Kostengleichheit und gleich sauberer Stromerzeugung entscheiden dann logischweise Versorgungssicherheit und Flexibilität. Und da liegt der Vorteil ganz extrem auf Seiten der Wärmspeicher.

Es gibt Wärmekraftwerke, nicht wahr. Warum wird Strom aus Wärmekraftwerken in Form von potentieller Energie in einem Pumpspeicher gespeichert und nicht gleich in Form von Wärme? Da wäre der evoilutionäre Sprung doch sehr viel kürzer.

Ja, und ein naheliegender Grund für die Nichtexistenz ist: da hat noch keiner dran gedacht.

Am 31.01.2011 18:51, schrieb Tom Berger:

Ich hatte 2009 dazu mal einen Thread gestartet, der, oh Schreck 725 Beiträge ausgelöst hat. Die hatte ich damals sicherlich nicht alle gelesen, ich glaube ein großer Teil des Threads bestand aus Christophs bilateralem Stromhandelssystem.

oder

Der Wärmetauscher ist vermutlich hochgradig nichttrivial, insbesondere bei Bauschutt. Bei Flüssigkeiten ist das einfacher, aber ne passende (bezahlbare) Flüssigkeit für die Temperaturen ist selten. Eisen (Stahl) wäre vielleicht ne Möglichkeit. Ein einmaliges Erstarren wäre wegen den thermischen Spannungen aber wohl ziemlich fatal für den Wärmetauscher.

Hier meine initialen Ausführungen von damals:

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%:

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

Michael

Am Wed, 02 Feb 2011 20:17:05 +0100 schrieb Michael Rübig:

Ja, da muss man sicherlich ein wenig Hirnschmalz investieren, aber ich denke doch, dass das sowohl mit Feststoffen, Flüssigkeiten als auch mit Gasen möglich wäre. Der für Desertec-Kraftwerke vom Typ des Solarturms Jülich vorgesehene Wärmespeicher läuft bis 800°C und nutzt Luft als Übertragungsmedium. Man könnte sich da auch eine Speichergeometrie ausdenken, die den Kamineffekt nutzt und den Luftkreislauf durch den Wärmespeicher und Wärmetauscher fast ohne externen Antrieb in Gang hält.

Als Obergrenze der Speichertemperatur von 1300°C bin ich absichtlich in einem Bereich geblieben, in dem Stahl zwar seine Festigkeit verliert, aber noch lange nicht flüssig ist. Stell' Dir einfach mal einen Speicher vor, der mit keramischer Schüttung befüllt ist, in der Stahlplatten mit großer Oberfläche stecken, die wiederum die Wärme über Wärmeleitung zu einer Art überdimensionaler stählernen "Herdplatte" leiten, über die der Dampfstrom streicht, sich dabei erhitzt und zur Dampfturbine geleitet wird. Geladen würde dieser Speicher durch Induktion, mit der diese Stahlplatten hochglühend erhitzt werden.

Ich denke, dass hier, wie Du oben ja auch sagst, das Erstarren der Stahlschmelze das Problem ist. Der Carnot-Wirkungsgrad von über 80% ist da ziemlich egal, denn Dampfturbinen, Stirling- und Dampfmotoren können heute nur bis knapp 600°C eingesetzt werden. Man experimentiert jetzt mit 700°C, aber da spielen die Materialien noch nicht mit - die Turbinenschaufeln werden da ganz schnell ganz lang.

Ich würde deshalb auf ganz normale Kraftwerkstechnik setzen. Die Wärme aus dem Speicher wird nur mit der maximalen Temperatur abgeleitet, die das Kraftwerk noch verarbeiten kann, und nicht mit der maximalen Temperatur des Wärmespeichers. Ein wesentlicher Vorzug meiner Idee ist ja gerade die Koppelung mit normaler Kraftwerkstechnik, die die Stromerzeugung sowohl aus dem Speicher als auch durch Verbrennung von Kraftstoffen ermöglicht. Das bedeutet den völligen Verzicht auf Backup-Kraftwerke für den Fall, dass die Speicher völlig geleert sind.

Am Wed, 02 Feb 2011 20:17:05 +0100 schrieb Michael Rübig:

Sorry, das vergaß ich ganz: die spezifische Wärmekapazität von Stahl ist nicht so toll. Keramik wie Sintermagnesia hat die doppelte Wärmekapazität bei einem Bruchteil der Kosten.

Die Schmelzenthalpie zu nutzen ist in diesem Temepraturbereich ziemlich unsinnig, da nimmst Du besser einfach Materialien, die wesentlich Temperaturbeständiger sind. Magnesia schmilzt erst bei knapp 3000°C.

Du musst die Wärme aus diesem Speicher wegen der Materialien der Wärmekraftmaschinen sowieso mit sehr viel niedrigerer Temperatur abführen, so dass sich daraus kein Nachteil ergibt, dass Du keine Schmelzenthalpie nutzt. Die ist nur dort sinnvoll, wo man mit *niedrigen* Speichertemperaturen arbeiten muss, wo also der Speicher möglichst wenig abkühlen und trotzdem viel Energie abgeben soll. Das macht man beispielsweise in Andasol, weil da Öl als Wärmeübertragungsmedium genutzt wird, das schon unterhalb 400°C zerfallen würde. Der Speicher kann damit logischerweise auch nicht heisser werden als 400°, und das bedeutet, dass er nur einen sehr kleinen Temperaturbereich nutzen kann, bis der Carnot-Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine einbricht.

Da man mit elektrischem Strom aber ziemlich beliebig hohe Temperaturen erzeugen kann, spielt die Nutzung der Schmelzenthalpie keine Rolle. Man macht das Din einfach so heiss, wie man irgend kann.

Am Wed, 02 Feb 2011 20:17:05 +0100 schrieb Michael Rübig:

Das ist aber nicht auf unsere Situation übertragbar. Ein GuD-Kraftwerk ist eine Kombination (der offizielle Name lautet auch "Kombinationskraftwerk", "GuD-Kraftwerk" ist mW ein Markenname von Siemens) von Gasturbine und nachgeschalteter Dampfturbine (eine Gasturbine ist sowas ähnliches wie ein Düsentriebwerk). Wir verbrennen aber kein Gas, sondern betreiben eine Dampfturbine mit Heissdampf. Da liegt der Wirkungsgrad wohl bestenfalls bei

50%.

Am 02.02.2011 20:17, schrieb Michael Rübig: > Ich hatte 2009 dazu mal einen Thread gestartet, der, > oh Schreck 725 Beiträge ausgelöst hat.

Ach ja, heute ist Groundhog Day.

Grüße, Joachim

Am 02.02.2011 19:11, schrieb Volker Staben: > Am 02.02.11 18.07, schrieb Tom Berger: >> Mir ging es aber um was anderes, nämlich um die >> Wirtschaftlichkeit der Speicherung von *Strom* in Form >> von Wärme. Nach meinen überschlägigen Rechnungen >> müsste nämlich diese Speichermethode sehr viel preiswerter sein >> als Pumpspeicherkraftwerke. Da stellt sich die Frage, warum >> Elektrizitätsunternehmen das nicht schon längst nutzen. >

Wenn extrem viel Strom produziert würde, wäre der Wirkungsgrad des Speichers nicht wichtig.

Die Stromlobby sollte ein Interesse dran haben, Strom zu verknappen. Das ist wie beim Gold: wenn jemand ein paar Tonnen fände, sollte er es dennoch nur in homöopathischen Mengen verkaufen.

Grüße, Joachim