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grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich:jahreszeitliche_speicherkonzepte_uebersicht [2022/01/16 17:24] – [Thermische Energiespeicher] wfeist | grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich:jahreszeitliche_speicherkonzepte_uebersicht [2023/09/25 18:30] – [Jahreszeitliche Speicherkonzepte – Übersicht] wfeist | ||
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====== Jahreszeitliche Speicherkonzepte – Übersicht ====== | ====== Jahreszeitliche Speicherkonzepte – Übersicht ====== | ||
- | Für eine erneuerbare Energieversorgung (EE-Versorgung) ist in unseren Breiten die Winterlücke das eigentliche Problem. Dies zeigt sich schon bei einem im Grundsatz jahreszeitlich recht ausgeglichenen Lastverlauf wie dem Haushaltsstrom | + | Für eine erneuerbare Energieversorgung (EE-Versorgung) ist in unseren Breiten die Winterlücke das eigentliche Problem. Dies zeigt sich schon bei einem im Grundsatz jahreszeitlich recht ausgeglichenen Lastverlauf wie dem Haushaltsstrom – und es potenziert sich bei Lasten, die im Schwerpunkt im Winter auftreten, wie z.B. der Heizung. \\ |
Wie wir in diesem Beitrag zeigen werden, wird das Problem am kostengünstigsten dadurch gelöst, dass die betreffenden winterzentrierten Verbrauchserzeuger so weit wie möglich durch effiziente Nutzung reduziert werden – das ist exakt die Lösung, die das Passivhaus-Konzept bietet (vgl. dazu vor allem den Abschnitt //Konzepte im Vergleich// | Wie wir in diesem Beitrag zeigen werden, wird das Problem am kostengünstigsten dadurch gelöst, dass die betreffenden winterzentrierten Verbrauchserzeuger so weit wie möglich durch effiziente Nutzung reduziert werden – das ist exakt die Lösung, die das Passivhaus-Konzept bietet (vgl. dazu vor allem den Abschnitt //Konzepte im Vergleich// | ||
- | Die Energieversorger gehen naturgemäß eine solche Frage zunächst einmal von der Versorgungsseite her an: Wenn es im Winter nicht ausreichend direkte Quellen für EE-Versorgung gibt, so bieten sich versorgungsseitig zwei Lösungsansätze: | + | Die Energieversorger gehen naturgemäß eine solche Frage zunächst einmal von der Versorgungsseite her an: Wenn es im Winter nicht ausreichend direkte Quellen für EE-Versorgung gibt, so bieten sich versorgungsseitig zwei Lösungsansätze: |
- | Wir gehen die Frage ganz grundsätzlich an, um nicht nur den Stand der gegenwärtigen Technik, sondern denkbare künftige Alternativen mit einschätzen zu können: Die Physik kennt vier Grundwechselwirkungen: | + | Wir gehen die Frage ganz grundsätzlich an, um nicht nur den Stand der gegenwärtigen Technik, sondern denkbare künftige Alternativen mit einschätzen zu können: Die Physik kennt vier Grundwechselwirkungen: |
===== Mechanische Energiespeicher ===== | ===== Mechanische Energiespeicher ===== | ||
- | Wie gering die Energiedichte, | + | Wie gering die Energiedichte, |
===== Elektromagnetische Energiespeicher ===== | ===== Elektromagnetische Energiespeicher ===== | ||
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===== Chemische Energiespeicher B – elektrochemische Speicher ===== | ===== Chemische Energiespeicher B – elektrochemische Speicher ===== | ||
- | Bei den elektrochemischen Speichern (Akkumulatoren) gab es in den vergangenen Jahrzehnten bedeutende Fortschritte. Die technisch verfügbaren Energiedichten konnten dramatisch erhöht werden – sie liegen nun allerdings nahe an der physikalisch erreichbaren Grenze. Insbesondere der Li-Ionen-Akkumulator zeichnet sich durch hohe Energiedichte, | + | Bei den elektrochemischen Speichern (Akkumulatoren) gab es in den vergangenen Jahrzehnten bedeutende Fortschritte. Die technisch verfügbaren Energiedichten konnten dramatisch erhöht werden – sie liegen nun allerdings nahe an der physikalisch erreichbaren Grenze. Insbesondere der Li-Ionen-Akkumulator zeichnet sich durch hohe Energiedichte, |
===== Thermische Energiespeicher ===== | ===== Thermische Energiespeicher ===== | ||
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- | Die für den Tageszyklus bewährte Technik ist immer wieder auch für den Einsatz als Jahresspeicher versucht worden [Dalenbäck 1985][Kriesi 1989][Hinz 1994]. Bei einer 90°C / 30°C Temperaturspreizung benötigt ein herkömmliches Gebäude (HWB 160 kWh/(m²a)) ein Speichervolumen von um 150 m³, eine Dimension, die nicht nur an den Kosten, sondern auch am enormen Platzbedarf scheitert. Vorrangig muss hier zunächst der Heizwärmebedarf reduziert werden, was z.B. mit dem Passivhaus auf 15 kWh/(m²a) gelingt. Die Winterlücke beträgt dann nur noch 900 kWh/a – und lässt sich aus einem 15 m³ umfassenden Heizwasserspeicher decken. Dabei müssen zunächst einige technische Probleme überwunden werden, unter denen einige der Demonstrationsprojekte immer wieder erneut gelitten haben , dies betrifft die wirksame Wärmedämmung solcher Speicher (diese muss im Bereich von Dämmdicken zwischen 0,5 und 1 m liegen – das erhöht den Platzbedarf und die Kosten nicht unerheblich). Technisch möglich ist auf diesem Weg das heizenergieautarke Haus durchaus – die Kosten für die thermische jahreszeitliche Energiespeicherung liegen aber bei um 1 €/kWh und sind somit viel zu teuer für ein breit einsetzbares Konzept. Mit Speichergrößen für ganze Siedlungen | + | Die für den Tageszyklus bewährte Technik ist immer wieder auch für den Einsatz als Jahresspeicher versucht worden [Dalenbäck 1985][Kriesi 1989][Hinz 1994]. Bei einer 90°C / 30°C Temperaturspreizung benötigt ein herkömmliches Gebäude (HWB 160 kWh/(m²a)) ein Speichervolumen von um 150 m³, eine Dimension, die nicht nur an den Kosten, sondern auch am enormen Platzbedarf scheitert. Vorrangig muss hier zunächst der Heizwärmebedarf reduziert werden, was z.B. mit dem Passivhaus auf 15 kWh/(m²a) gelingt. Die Winterlücke beträgt dann nur noch 900 kWh/a – und lässt sich aus einem 15 m³ umfassenden Heizwasserspeicher decken. Dabei müssen zunächst einige technische Probleme überwunden werden, unter denen einige der Demonstrationsprojekte immer wieder erneut gelitten haben , dies betrifft die wirksame Wärmedämmung solcher Speicher (diese muss im Bereich von Dämmdicken zwischen 0,5 und 1 m liegen – das erhöht den Platzbedarf und die Kosten nicht unerheblich). Technisch möglich ist auf diesem Weg das heizenergieautarke Haus durchaus |
- | Der Umstieg von Wasser auf andere Speichermedien erhöht die Kosten je nutzbarer kWh in aller Regel (Ursache: Wasser hat die höchste sensible Wärmekapazität aller einsetzbaren Medien {da Ammoniak nicht in Frage kommt} und ist zudem billig). Auch die immer wieder als Neuheit gepriesenen Latentwärmespeicher (heute oft „Phase Change Materials“ genannt) führen letztlich zu höheren Kosten, in diesem Fall vor allem, weil die Be- und Entladetechnik aufwändiger wird. Eine interessante Möglichkeit ist die Nutzung des Erdreichs unter dem Haus als Speicher – dies ist sogar kostengünstiger als ein Wasserspeicher möglich. Allerdings steigen die Verluste erheblich an, da eine Dämmung der Sole ökonomisch ausgeschlossen werden kann. Es zeigt sich, dass ein solches Konzept überhaupt nur bei Gebäuden mit noch geringerem HWB als dem Passivhaus technisch erfolgreich sein kann – dann jedoch durchaus funktioniert (vgl. auch den Abschnitt //Konzepte im Vergleich// | + | Der Umstieg von Wasser auf andere Speichermedien erhöht die Kosten je nutzbarer kWh in aller Regel (Ursache: Wasser hat die höchste sensible Wärmekapazität aller einsetzbaren Medien {da Ammoniak nicht in Frage kommt} und ist zudem billig). Auch die immer wieder als Neuheit gepriesenen Latentwärmespeicher (heute oft „Phase Change Materials“ genannt) führen letztlich zu höheren Kosten, in diesem Fall vor allem, weil die Be- und Entladetechnik aufwändiger wird. Eine interessante Möglichkeit ist die Nutzung des Erdreichs unter dem Haus als Speicher – dies ist sogar kostengünstiger als ein Wasserspeicher möglich. Allerdings steigen die Verluste erheblich an, da eine Dämmung der Sole ökonomisch ausgeschlossen werden kann. Es zeigt sich, dass ein solches Konzept überhaupt nur bei Gebäuden mit noch geringerem HWB als dem Passivhaus technisch erfolgreich sein kann – dann jedoch durchaus funktioniert (vgl. auch den Abschnitt //Konzepte im Vergleich// |
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====== Siehe auch ====== | ====== Siehe auch ====== |
grundlagen/energiewirtschaft_und_oekologie/energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich/jahreszeitliche_speicherkonzepte_uebersicht.txt · Zuletzt geändert: 2023/09/27 19:41 von wfeist