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Donnerstag, 24. April 2014

14 Kilometer zur idealen Energiequelle

Die perfekte Stromquelle: Solar plus Speicher

Die beste Energiequelle liegt nur 14 km von uns entfernt, und keiner nutzt sie. Da werden kühne Pläne von Desertec entworfen um aus 3000 km Entfernung Solarenergie nach Deutschland zu transportieren. Aber warum in die Ferne schweifen. Unter uns in 14 km Tiefe ist es sehr heiß, auch eine verlockende Energiequelle, allerdings 14 km Fels sind praktisch unbezwingbar[1].

Aber es gibt einen Ort, an dem jeden Tag die Sonne scheint, an dem es keine Wolken gibt, an dem es sehr kalt ist, gut für Solarzellen, an dem fast niemand gestört wird:

Die Stratosphäre

Fast alle von uns waren schon mal oben, in der Stratosphäre, bei jedem Flug im Verkehrsflugzeug erlebt man diese Gegend als sehr ruhige Luftschicht, in der fast kein Wasserdampf ist und außer in der Nacht, immer die Sonne scheint. Der gesamte Luftverkehr nutzt diese Schicht zwischen etwa 8 km und 12 km, in dieser Höhe sollte man daher eher keine Solarkraftwerke aufbauen. Aber in 14 km Höhe, jenseits der erreichbaren Höhe von Verkehrsflugzeugen ist der ideale Platz für Solarzellen.
Der Ballon von Breitling, Bildquelle: Wikipedia

Solarzellen sind in unseren Breiten eigentlich sehr ineffizient, nur 13% der Zeit geben sie, im Mittel, die volle Leistung ab. Das ist in der Stratosphäre völlig anders, dort sind die Zellen über 50% der Zeit im Einsatz, statt 3 kWh pro Tag kann man fast 10 kWh pro Tag an einem Ort wie Stuttgart gewinnen! Siehe Abbildung:
Energielieferung von Solarzellen, die in der Stratosphäre arbeiten. (Quelle: Stratosolar [2])
Zudem sind Solarzellen bei tiefen Temperaturen, dort oben liegt die Temperatur meist bei -30 bis -60°C, um 20% effizienter.
Berechnet man die Kosten, die entstehen, wenn man Solarzellen in dieser Höhe arbeiten lassen will, ist das im wesentlichen der Preis für das Helium für den Ballon, 75€/kW_peak, zudem benötigt man noch ein Stromkabel nach unten, aber das sollte unwesentlich teurer sein, als eine normale Leitung mit 14 km Länge, insbesondere, wenn man bedenkt, dass man keine Strommasten benötigt.

Lagenergiespeicher plus Stratosolar

Will man in Deutschland die Energieversorgung wirklich auf Solarenergie umstellen, dann ist es vermutlich viel einfacher dies in 14 km Höhe mit Solarzellen zu erreichen, als am Boden, der mit Nebel, Wolken und begrenzter Fläche nicht gerade optimal für Solarzellen ist.
Aber noch gibt es die Nacht, auch in der Stratosphäre scheint Nachts keine Sonne, aber mit Sicherheit an jedem Tag! Dies ist für die Versorgungssicherheit von entscheidender Bedeutung. Obwohl Wind im Winter eine gute Ergänzung ist, ist auch er nicht zuverlässig.
Der Lageenergiespeicher für 1 GWh,
die Windräder illustrieren die Größe und werden in Zukunft nicht mehr gebraucht!
Erzeugt aber ein System wirklich jeden Tag Strom, so kann man damit einen Speicher auffüllen, der diese Energie in der Nacht abgibt. Und dieser Speicher hat garantiert 365 Speicher-Zyklen pro Jahr, womit eine ökonomischer Betrieb wesentlich leichter zu realisieren ist, als mit unsicheren Stromquellen wie Wind und Sonne am Boden. Damit der Flächenbedarf minimal wird, ist der Lageenergiespeicher optimal, da er bis zu 1 MWh pro Quadratmeter speichern kann.

Beispielkraftwerk

Ein typisches Kraftwerk hätte dann folgende Kenndaten:
Ballon mit 1 km² Solarzellen, diese produzieren an einem Tag 2 GWh Strom. Davon wird 1 GWh eingespeichert, der notwendige Lageenergiespeicher hat einen Durchmesser von 150 m und ragt abends maximal 70 Meter aus der Erde heraus.
Mit diesem Kraftwerk kann man etwa 120.000 Einwohner (inklusive Industrie!) vollständig und zuverlässig mit Strom versorgen. 
Es muss kein Windrad aufgestellt werden, es muss keine Hochspannungsleitung gebaut werden und keine Ackerfläche mit Mais bepflanzt werden!

Ich bin sehr gespannt, wann die erste Stadt in Deutschland dies erkannt hat.

Experiment aus China: http://www.greenerideal.com/alternative-energy/0105-china-chooses-solar-power-for-airship-in-near-space/


Quellen:
[1] Die Kontinentale Tiefbohrung in Windischeschenbach erreichte nur 9100m
[2] StratoSolar
[3] mehr zu Solarluftschiffen

Sonntag, 6. April 2014

Energy Storage World Forum 2014 in London

Energiespeicher Konferenz in London

Das Energy Storage World Forum hat 2014 in London im sehr vornehmen Jumeirah Carlton Tower Hotel getagt. An drei Tagen wurden die neusten Entwicklungen zu Batterietechnik, Entwicklung der Speichermärkte und ökonomische Aspekte umfangreich vorgestellt und diskutiert.
Bei seiner Begrüßungsrede betonte Gregory Barker, Minister of State for Energy and Climate Change in UK, die Bedeutung der Windenergie im Vereinigtem Königreich. Dabei hob er hervor, dass Siemens seine Produktionskapazität für Windkraftwerke in England verdoppelt. In einem Beitrag von Reza Shaybani, UK, wurde darauf hingewiesen, dass auch die Photovoltaik in England massiv wächst, aktuell sind 4 GW PV installiert. Ähnliches hörte man aus Kalifornien, Nicolas Chaset wies darauf hin, dass der massive Ausbau von Photovoltaik in Kalifornien nur dank des deutschen EEG möglich ist. Dadurch sind nämlich die Preise der Photovoltaik so weit gefallen, dass die Investition in PV ohne Subventionen im Sonnenstaat lohnt.
London 2014 ENERGY Sto... wird angezeigt
 Nicolas Chaset aus Kaliformien dankt "Germany" für die niedrigen PV-Preise

Batterien

Philippe Cassagne, Chief Technology Officer, GDF SUEZ, Frankreich, fragte, wie teuer sind Batterien, wie viel muss ich für eine Megawattstunde zahlen. Im Lauf der Konferenz wurden hier sehr unterschiedliche Zahlen genannt, das liegt auch sehr stark daran, dass unterschiedliche Systeme verglichen wurden. Von den Kosten einer Batteriezelle bis zum gesamten Netz für ein Dorf in Afrika. Im letztem Fall wurde der Preis von 9000€/kWh genannt, der mir extrem hoch vorkommt. 
Kosten von Energiespeichersysteme, die Unterschiede sind enorm!
Besonders bei Inselsystemen wie sie von Abdul Muhaimin Mahmud aus Malaysia für dortige Schulen oder von Caroline Nijland für Dörfer in Mali vorgestellt wurden, lohnen sich Batteriesysteme in Kombination mit Solarzellen. Die Kosten für die Solarzellen betragen dabei nur noch 15% der gesamten Kosten, die Batterien sind mit 28% die dominierende Position. Damit wird es dann aber möglich, nur noch selten auf den Dieselgenerator zuzugreifen. Bemerkenswert ist, dass in Dörfern mit entsprechender Stromversorgung auch der Strombedarf rasch wächst und die ursprüngliche Anlage eigentlich ausgebaut werden müsste. Allerdings sind das Projekte, die von der Weltbank und anderen getragen werden, nicht vollständig selbsttragend, obwohl die Familien 20% ihres Einkommens, 6-20€ pro Monat zahlen.
Der Kostenanteil verschiedener Komponenten in einem Stromnetz in Afrika, Batterien überragen mit 28% die Photovoltaik mit 15%. [Quelle: Caroline Nijland, Niederlande]

Subventionen für Batterien

In einigen Gegenden der Welt wird die Integration von Batterien in das Stromnetz unterstützt, so auch in Deutschland. Jörg Mayer, BSW Solar, aus Deutschland stellt die Subventionen für Batterien in der Bundesrepublik vor. Wer bereit ist, die Batterie so zu laden, dass er nur 60% des maximalen Stroms seiner PV Anlage in das Netz speist, "netztfreundlich", siehe Bild, der bekommt etwa 600€/kWh finanzielle Unterstützung. Das erstaunliche ist, von den 28 Mio.€ für 2013 wurden in Deutschland nur 8 Mio.€ abgerufen. Viele Menschen wollen offensichtlich nicht die zusätzliche Restriktion akzeptieren, meinte Jörg Mayer.
Netzdienliche  PV-Systeme, die zur Mittagsspitze die Batterie laden, werden in Deutschland subventioniert. [Quelle: Jörg Mayer, BSW]
In Kalifornien wird nicht direkt der Einsatz von Batterien unterstützt, aber die Stromunternehmen sind gezwungen bis 2020 anteilig 1,8 GW Speicherleistung (nicht Kapazität) an das Netz zu bringen. Die Kosten müssen dort die Unternehmen direkt über den Strompreis umlegen. 

Welcher Speicher ist der Beste

Eine wichtige Frage ist immer wieder, welcher Speicher die geringsten Kosten hat. Eine sehr umfangreiche Studie hat Louis-Marie Jacquelin von ENEA CONSULTING in Frankreich vorgestellt. Dabei wurde für jedes Speichersystem die LCOS (Levelized Cost of Storage) angegeben. Bis jetzt liegen die Pumpspeicherkraftwerke klar in Führung, die Rätselfrage lautet, welche Systeme werden die stärkste Kostenreduktion sehen. Bemerkenswert ist auch, wie breit die Spanne der Preise hier ist, das deutet auf einen noch sehr unreifen Markt hin.
Kosten für verschiedene Speichersysteme [Quelle: ENEA CONSULTING]
Es gab dann einen Wettbewerb, bei dem drei Speichersysteme antreten durften, der Lageenergiespeicher, vertreten vom Autor Eduard Heindl, Batterien, vertreten von Jesus Lugaro von SAFT, und Druckluftspeicher von David Timoney präsentiert.
Nach den Vorträgen und einer Podiumsdiskussion mit Publikumsfragen wurde abgestimmt welcher Speicher die ökonomischste Lösung darstellt. Eindeutiger Sieger: Der Lageenergiespeicher.
Das Abstimmungsergebnis für die wirtschaftlichste Speicherlösung.

Der Container

Bei vielen Vorträgen, insbesondere von Firmen, wurde immer wieder gezeigt, dass es gelungen ist, viele Batterien, typischerweise 1 MWh,  zusammen mit Elektronik in einem Container zu verpacken. Das ist sicherlich eine pragmatische Idee, allerdings wenn man zehn Vorträgen gelauscht hat, in denen immer das Bild mit den weiss angemalten Containern erscheint, doch ein etwas redundantes Bild. Damit man sich das besser vorstellen kann, soll auch dieser Blogbeitrag mit einem repräsentativen Containerbild enden:
Alle Batterien sollen in Containern wohnen! [Quelle: Luis Santos,
EDP - HC ENERGIA , Spain]

Weitere Konferenzberichte zu Speichertechnik: