Solarenergie-Förderverein Deutschland E.V. Langzeitspeicher Für .

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Langzeitspeicherfür ErneuerbareEnergienE. WaffenschmidtAachen, 13.Nov.2010Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.S.1

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.100% Erneuerbare Energien sind möglich

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.S.3

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Inhalt Wie viel Speicher brauchen wireigentlich? Welche technischen Möglichkeiten gibtes für Speicher? Was kostet das? Wie schaffen wir Anreize für denAusbau?S.4

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Zeitrahmen S.5SekundenMinutenStunden½ bis ganze TageWochePrimär- und Sekundär-RegelungLast-Änderungen (Minuten-Reserve)Unbestimmte ErzeugungTag-Nacht-AusgleichGroß-Wetterlage

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Die Bausteine S.6Anpassung an VerbrauchLastverschiebungErgänzung der EnergieformenAusgleich über große DistanzenIm- und ExportRegelbare ErzeugungSpeicherung

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Anpassung an Verbrauch: admin/flash/kk jahresstatistik 06.swf

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Wie groß ist die „Stromlücke“?Erzeugung / GWEigene Berechnungennach Daten aus [5]Deutschland, 4. Quartal des Jahres 1991Jahressummen:Solar 150 TWhWind 400 TWhHydro 25 TWhBio 0 TWhZeit / hDifferenz / GWZeit / hSpeicherzustand / GWhSpeichergröße 20TWhZeit / h

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Ausgleich über große DistanzenWetter ist nicht berechenbar.Aber: Wenn die Sonne hier nichtscheint, scheint sie vielleicht woanders„Glätten“ der Erzeugung Einzelner Standort: Sekunden Verbund: Sekunden bis Minute Region: Einige Minuten Deutschland: Minuten bis StundeStandortwahl: Großräumige Verteilung besserals Konzentration in einer Region Nicht allein Quantität sondernauch „Qualität“ beachtenS.91. Sept. 2009, 16:00 UTChttp://www.sat24.com/history.aspx?country eu

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.PotentialnutzungRegenerative Energiepotentiale in Europa / MittlererOsten / Nord-Afrika (EUMENA)Graphiken: DLR[12]

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Vision eines HGÜ-NetzesTRANS-CSP Studie für DESERTEC Europäisches Backbone:„Strom-Autobahnen“ Nur 10% Verluste über3000km in 2050:20 x 5GW HGÜ von Afrika bis zu 15% deseuropäischen Bedarfs ausNord-AfrikaBild: DLR[12]

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Fazit Bedarf von vielen Faktoren abhängig z.B: Größe des Netz-GebietesRäumliche Verteilung der einzelnen ErzeugerVernetzungNutzungsgrad (Abschalten / Kappen bei extremen Wetterlagen) „Trade-Off“ zwischen Netzausbau und Speichern* nach Kombikraftwerk, 2008 [10]

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Speichertechniken S.13Redox-Flow serstoffMethanol

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Redox-Flow BatterienFunktionsweise: Speichern:Flüssigkeit wird elektrochemisch„aufgeladen“ Erzeugen:Flüssigkeit wird elektrochemisch„entladen“ Speichermedium:z.B. Vanadium-Salz-LösungTyp. technische Daten: Leistung: einige 100 kW Energiemenge: für einige Std.Beispiel: King Island, Tasmanien, 200kW / 4h Wirkungsgrad: 75% Speicherdauer: Grundsätzlich unbegrenzt, typ. Tage bis WochenWeitere Info:http://en.wikipedia.org/wiki/Vanadium redox batteryS.14 terien/technologie.php?site tec redox.php

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Er zeugenFunktionsweise: Speichern:Wasser hoch pumpen Erzeugen:Turbine mit Wasser antreibenTyp. technische Daten: Leistung: bis zu 1GW Energiemenge: für mehrere Std. Wirkungsgrad: 80% Speicherdauer: UnbegrenztInsgesamt in Deutschland Leistung: 6.6 GW Speichergröße: ca. 30.60 GWhS rwerk Koepchenwerk an der RuhrS.15

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Ringwallspeicherca. 7.30x in Deutschlandfür 1/2 bis 1 Monat50m3000 GWh3.2 GWpkpk215m20m12 kmBild der Wissenschaft 10/2010www.ringwallspeicher.deS.16

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Druckluft-SpeicherFunktionsweise: Speichern:Hohlraum „aufpumpen“ Erzeugen:Turbine mit Druckluft antreiben HohlraumSalzkavernen oder andereunterirdische HohlräumeTyp. technische Daten: Leistung: einige 100 MW Energiemenge:für ein bis zwei Std.Beispiel: Hundorf, Deutschland, 290MW / 2h Wirkungsgrad: um 60% Speicherdauer: Stunden bis TageS.17

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Druckluft-SpeicherBesonderheit Wärmeentwicklung beiKompression „Kälteentwicklung“ beiDekompressionWärmespeicherStromMotor eizen mit GasoderWärmespeicherung(adiabatischer Betrieb)Turbine Generator StromNetz

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Wasserstoff-SpeicherFunktionsweise: Speichern:Wasserstoff erzeugen (Elektrolyse) Erzeugen:Brennstoffzelle oder Turbine HohlraumSalzkavernen oder andereunterirdische HohlräumeTyp. technische Daten: Leistung: einige 100 MW bis GW Energiemenge:für Tage bis Wochen Wirkungsgrad: 20 bis 40% Speicherdauer: Wochen bis MonateBild: Wasserstoff-BrennstoffzellePotential Vergleichbar mit Erdgas-Speicher Gasbedarf für mehrere MonateBild: ebi

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Wasserstoff-SpeicherTransport und Speicherung von miertWasserstoff GasElektrolyseGleichstrom (DC)Wechselstrom (AC)GasförmigFlüssigGraphik nach Ulf Bossel [13]

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Methan omH2OH2OGasSpeicherWasserWasser

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Methanol (flüssig)HerstellprozessNaOHElektro- H2SO4dialyseStripper FlüssigerTreibstoff Unbegrenztlagerbar Verwendbar inAbsorberLuftCO2Na2SO4(CO2) Na CO23 Verbrennungsmotoren eWasserCu/CuOKatalysatorMethanolH2Nach Specht [14]

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Methanol8765432107.63.61.40.20.01HrtM 2 E A bset l eha k or pno tro tiol S lys nyn e ut h ndesTr eansporVetrteil ungan( 2.30 DM/l BenzinÄquivalent)CO2Tr2 Energie-Gehalt:CCS: 9.5 kWh/l4.4 kWh/lLuft: 11.4 kWh/l Laborversuch: Energie-Effizienz biszur Flüssigkeit:η 38% Schon 1998 gezeigt: Kostenabschätzung1.10 DM/lspoCCS0.3COEnergiebedarf / kWh/lMethanolherstellungNach Specht [15]

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Kostenberechnung von SpeichernDefinition ReferenzfallDefinition SpeichertechnologieLeistung[kWh]Kosten Umrichter[ /kWh]Wirkungsgrad [%]Selbstentladung [%/Tag]Zyklen[Anz./Tag]Energie[kWh]Kosten pro installierterKapazität [ /kWh]Speicherkostenfür Energiedurchsatz[ Ct/kWh]Stromkosten[ Ct/kWh]Wartung & Reparatur[%/Jahr]max. sdauer[Anz.]Kapitalkosten[%/Jahr]Nach D.U.Sauer, RWTH Aachen, 15.11.2009,

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Kostenberechnung von SpeichernWenige Zyklen:Initiale Kosten dominierenInitiale eKostenViele Zyklen:Spezifische Kosten dominierenInitiale KostenSpezifische Kosten

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Betriebskosten von Speicher und HGÜHGÜ[17]0km2GW, 25% pspeicher10JahreStromkosten 4 CtZins 8%Monatlich (abh. vom Standort)Täglich (abh. vom Standort)Monatlich:500MW, 100GWh,1.5 W, 8GWh,1 lich:10MW, 40MWh,2 diabatisch)5000km20Speicherdaten nach D.U.Sauer [16]3040Kosten / [ ct/kWh]5060

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Variable Strompreise Viel Strom: Strom ist billig Speicher aufladen, Energie gebrauchen Wenig Strom: Strom ist teuer Speicher entladen, Energieverbrauch verschiebenS.27Siehe auch W. Schittek, 2008 [11]

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.BörsenpreisEEX-Börsenpreis Spotmarkt Day Ahead28.Sep.200911.Okt.2009Gewinn-Optimierung

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Vorschlag SFVGesetzliche Regelung beinhaltet: Strompreis abhängig vonAngebot und Nachfrage Einspeisung von „steuerbarem“ Stromwird vergütet wie Regelenergie Netzgebühr wird bei Einspeisung vonSpeicherenergie rückerstattet Zusätzlich SpeicherbonusS.29

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.Speicher für Erneuerbare Energien. Sind notwendig Sind machbar Sind bezahlbarWir müssen es angehen!Photo: ebi

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.LiteraturS.31[1] Pumpspeicherwerk Niederwartha, http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherwerk Niederwartha[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Vanadium redox battery[3] terien/technologie.php?site tec redox.php[4] Ralf Simon, Christian Pohl, Kerstin Kriebs,„Einsatzmöglichkeit einer NaS-Batterie für die Regenerativstromversorgung am Beispiel der Gemeinde Bruchmühlbach“Institut für Innovation, Transfer und Beratung GmbH, Transferstelle Bingen, im Auftrag des Ministerium für Umwelt und Forsten Rheinland-Pfalz,10.03.2006, www.tsb-energie.de.[5] Volker Quaschning, "Systemtechnik einer klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung in Deutschland für das 21. Jahrhundert", Fortschritt-BerichteVDI, Energietechnik, Reihe 6, Nr. 437, Düsseldorf: VDI Verlag 2000, ISBN 3-18-343706-6, auch im Internet 2000/index.html[6] Ralf Bischof, Geschäftsführer Bundesverband WindEnergie (BWE), „ Windenergie Netz- und Systemintegration“, Fachtagung „Windenergie inDeutschland – Beitrag zu Klimaschutz und Versorgungssicherheit“ 11. Sept. 2007.(NNetz- und Systemintegration.pdf)[7] Ingo Stadler, „400 GWh of existing energy storage is waiting to be integrated into electricity supplies to balance fluctuating renewable energies“, 2ndInternational Renewable Energy Storage (IRES) Conference, Bonn, Nov. 2007.[8] Ingo Stadler, „Demand Response – Nichtelektrische Speicher für Elektrizitätsversorgungssysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien“,Habilitation, Fachbereich Elektrotechnik Universität Kassel, Okt. 2005.[9] Tomi Engel, „Das Elektrofahrzeug als Regelenergiekraftwerk des Solarzeitalters“, Solarzeitalter 3/2005, S. 11. Siehe auch: ml[10] R. Mackensen, K. Rohrig, H. Emanue, „Das regenerative Kombikraftwerk – Abschlussbericht“, 31. April ads/2008 03 31 Ma KombiKW Abschlussbericht.pdf[11] Walter Schittek, „Strom – fit für die Zukunft? Dynamischer Strompreis und virtuelle Sekundärregelung“, Verlag Görich & Weiershäuser, Marburg,Nov. 2008, ISBN 978-3-89703-706-9http://www.staff.uni-marburg.de/ schittek/buch strom.html[12] Franz Trieb (DLR) et al., „Trans-Mediterranean Interconnection for Concentrating Solar Power“, Final Report, Studie im Auftrag desBundesministeriums für Umwelt und Reaktorschutz, Juni 2006. http://www.dlr.de/tt/trans-csp[13] Ulf Bossel, On the Way to a Sustainable Energy Future, International Conference "Intelec '05" Berlin, September 18 -22, nter/pdf/Presentation Bossel.pdf, zitiert von [12][14] M. Specht, F. Staiss, A. Bandi, T. Weimer, „Comparison of the renewable transportation fuels, liquid Hydrogen and Methanol, with Gasoline energetic and economic aspects", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 23, No. 5, 1998, pp. 387-396.[15] M. Specht, A. Bandi, M.Elser, F. Staiss, „Comparison of CO2 sources for the sysnthesis of renewable methanol“, Advances in ChemicalConversions for Mitigating Carbon Dioxide, Studies in Surface Scienece and Catalysis, Vol. 114, 1998.[16] D.U.Sauer, RWTH Aachen, 15.11.2009, dort nach folgender Quelle: M. Kleimaier, et.al., „Energy storage for improved operation of future energysupply systems“, CIGRE 2008[17] Studie Speicher, ETG/VDE, 2008/2009, Zitiert durch D.U. Sauer, „Elektrizitätsspeichersysteme für die Grundlastfähigkeit erneuerbarer Energien“,Vortrag Aachen, Nov. 2009.

Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. S.1 E. Waffenschmidt Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. Aachen, 13.Nov.2010 Langzeitspeicher für Erneuerbare