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--- grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich:jahreszeitliche_speicherkonzepte_uebersicht [2023/09/25 18:32] – [Mechanische Energiespeicher] wfeist
+++ grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich:jahreszeitliche_speicherkonzepte_uebersicht [2023/09/25 19:50] – [Chemische Energiespeicher A – lagerbare Energieträger] wfeist
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 ===== Elektromagnetische Energiespeicher =====
-Auf der Ebene rasch rotierender Neutronensterne (Magnetare) werden enorm hohe elektromagnetische Speicherdichten erreicht – die auf der Erde beherrschbaren elektrischen und magnetischen Felder lassen allerdings nur Energiedichten zu, die so gering sind, dass sich eine technologische Betrachtung für Jahresspeicher erübrigt – in Tabelle 1 sind daher Kondensatoren und supraleitende Magnete gar nicht erst als potentielle Ansätze für die jahreszeitliche Energiespeicherung aufgeführt. Für kleine Energiemengen und kurze Speicherperioden sind sog. „Superkondensatoren“ aber durchaus im Einsatz (z. B. Armbanduhren, Fahrradbeleuchtung). Eine Sonderform der auf Elektromagnetismus beruhenden Speicher sind die chemischen Energiespeicher. Weil die zugehörigen Technologien sich hierzu wesentlich unterscheiden, bekommen diese einen eigenen Abschnitt. \\
+Auf der Ebene rasch rotierender Neutronensterne (Magnetare) werden enorm hohe elektromagnetische Speicherdichten erreicht – die auf der Erde beherrschbaren elektrischen und magnetischen Felder lassen allerdings nur Energiedichten zu, die so gering sind, dass sich eine technologische Betrachtung für Jahresspeicher erübrigt – in Tabelle 1 sind daher Kondensatoren und supraleitende Magnete gar nicht erst als potentielle Ansätze für die jahreszeitliche Energiespeicherung aufgeführt. Für kleine Energiemengen und kurze Speicherperioden sind sog. „Superkondensatoren“ aber durchaus im Einsatz (z. B. Armbanduhren, Fahrradbeleuchtung). Eine Sonderform der auf Elektromagnetismus beruhenden Speicher sind die chemischen Energiespeicher. Weil die zugehörigen Technologien sich hierzu wesentlich unterscheiden, bekommen diese einen eigenen Abschnitt. \\ \\
 ===== Chemische Energiespeicher A – lagerbare Energieträger =====
-Hier wird die Energie durch Veränderungen im Bindungscharakter der Elektronenhüllen der Moleküle gespeichert. Sie spielt sich daher der Natur gemäß im Bereich einiger eV/Molekül ab – das sind technisch gesehen mehrere kWh je kg bzw. je Liter „Speicherstoff“ und daher relativ große Energiemengen. Zudem sind chemisch stabile Stoffe auch in „reduziertem Zustand“ leicht und kostengünstig speicherbar: Darauf beruht die heutige konventionelle Energiespeichertechnik, bei der Erdgas, Erdöl und Koks in Kavernen, Tanks und Halden zu verschwindend geringen Kosten über ein Jahr bzw. sogar darüber hinaus gelagert werden können. Auch für die Jahresspeicherung von EE sind es chemische Speichermedien, die ökonomisch gesehen überhaupt nur in Frage kommen (vgl. Tabelle 1). Auch hier gibt es freilich ein Problem: die EE liegt, mit der Ausnahme der nur begrenzt verfügbaren Biomasse, nicht in chemischer Form, sondern als Wärme bzw. Strom vor. Während die Umwandlung von Niedertemperatur (NT)-Wärme in chemische Energie nur mit extrem geringen Wirkungsgraden möglich wäre, kommt die Umwandlung von Strom mittels Elektrolyse in H<sub>2</sub> und weiter über den Sabatier-Prozess in Methan technisch durchaus in Betracht, allerdings betragen die Umwandlungsverluste dabei rund 40 bis 50 %. Das so erzeugte EE-Gas (erneuerbares Gas) oder EE-Methan erfordert daher etwa die doppelte erneuerbare Produktionsfläche wie bei einer direkten Nutzung und es ist dementsprechend deutlich teurer. Wird das EE-Gas wieder in Strom umgewandelt – was für die strombasierten Prozesse unumgänglich ist – so bieten sich dafür GUD-Kraftwerke (Wirkungsgrade um 55 %), besser noch in Kraft-Wärme-Kopplung (dann um 90 %) an. Ein solches Konzept bietet somit die Perspektive für den Weiterbetrieb bestehender Erdgas-betriebener Fern- und Blockheizkraftwerke auf der Basis von EE-Gas sowie die Nutzung der in der Fläche eingeführten Erdgas-Verteil-Infrastruktur. Investitionen sind „nur“ für die Elektrolyseure und die Synthesgas-Konverter erforderlich. Dadurch erhöhen sich die Kosten für die Energiebereitstellung (Gas oder Strom) im Winter um ca. 5 bis 15 Cent/kWh, auch abhängig von der Vergütung der „Überschussstrommengen“ aus Wind- und Solarkraftwerken. Wir halten diesen Ansatz für den mit Abstand attraktivsten Weg, in Mitteleuropa auch im Winter ausreichend aus erneuerbaren Quellen gewonnene Energie bereitzustellen. Freilich sind auch hier (durchaus deutlich) über den heutigen Stromkosten liegende kWh-Preise zu erwarten – wodurch sich die zwingende Notwendigkeit besonders effizienter Energienutzungstechnologien vor allem für winterzentrierte Anwendungen ergibt. \\
+Hier wird die Energie durch Veränderungen im Bindungscharakter der Elektronenhüllen der Moleküle gespeichert. Sie spielt sich daher der Natur gemäß im Bereich einiger eV/Molekül ab – das sind technisch gesehen mehrere kWh je kg bzw. je Liter „Speicherstoff“ und daher relativ große Energiemengen. Zudem sind chemisch stabile Stoffe auch in „reduziertem Zustand“ leicht und kostengünstig speicherbar: Darauf beruht die heutige konventionelle Energiespeichertechnik, bei der Erdgas, Erdöl und Koks in Kavernen, Tanks und Halden zu verschwindend geringen Kosten über ein Jahr bzw. sogar darüber hinaus gelagert werden können. Auch für die Jahresspeicherung von EE sind es chemische Speichermedien, die ökonomisch gesehen überhaupt nur in Frage kommen (vgl. Tabelle 1). Auch hier gibt es freilich ein Problem: die EE liegt, mit der Ausnahme der nur begrenzt verfügbaren Biomasse, nicht in chemischer Form, sondern als Wärme bzw. Strom vor. Während die Umwandlung von Niedertemperatur (NT)-Wärme in chemische Energie nur mit extrem geringen Wirkungsgraden möglich wäre, kommt die Umwandlung von Strom mittels Elektrolyse in H<sub>2</sub> und weiter über den Sabatier-Prozess in Methan technisch durchaus in Betracht, allerdings betragen die Umwandlungsverluste dabei rund 20% für den H<sub>2</sub> und sogar 35 bis 50 % für weiter umgewandelte Brennstoffe (sog.. 'E-fuels'). Das so erzeugte EE-Gas (erneuerbares Gas) oder EE-Methan erfordert daher etwa die doppelte erneuerbare Produktionsfläche wie bei einer direkten Nutzung und es ist dementsprechend deutlich teurer. Wird das EE-Gas wieder in Strom umgewandelt – was für die strombasierten Prozesse unumgänglich ist – so bieten sich dafür GUD-Kraftwerke (Wirkungsgrade um 55 %), besser noch in Kraft-Wärme-Kopplung (dann um 90 %) an. Ein solches Konzept bietet somit die Perspektive für den Weiterbetrieb bestehender Erdgas-betriebener Fern- und Blockheizkraftwerke auf der Basis von EE-Gas sowie die Nutzung der in der Fläche eingeführten Erdgas-Verteil-Infrastruktur. Investitionen sind „nur“ für die Elektrolyseure und die Synthesegas-Konverter erforderlich((Sog. Sabatier-Prozess)). Dadurch erhöhen sich die Kosten für die Energiebereitstellung (Gas oder Strom) im Winter um ca. 5 bis 15 Cent/kWh, auch abhängig von der Vergütung der „Überschussstrommengen“ aus Wind- und Solarkraftwerken. Wir halten diesen Ansatz für den mit Abstand attraktivsten Weg, in Mitteleuropa auch im Winter ausreichend aus erneuerbaren Quellen gewonnene Energie bereitzustellen. Freilich sind auch hier (durchaus deutlich) über den heutigen Stromkosten liegende kWh-Preise zu erwarten – wodurch sich die zwingende Notwendigkeit besonders effizienter Energienutzungstechnologien vor allem für winterzentrierte Anwendungen ergibt. \\
 ===== Chemische Energiespeicher B – elektrochemische Speicher =====