Energiespeicher für die Energiewende (eBook)

Dr. Armin U. Schmiegel ist Lehrbeauftragter an der Hochschule Reutlingen und Entwicklungsleiter bei der REFU Elektronik GmbH.

Vorwort 6
Inhalt 8
1 Einleitung 12
2 Beschreibung von Speichertechnologien 14
2.1 Grundlegende Funktion, Aufbau von Speichersystemen und deren Beschreibung 15
2.1.1 Einspeichern, Ausspeichern oder Be- und Entladen 15
2.1.2 Selbstentladung von Speichern 18
2.1.3 Beschreibung eines Speichersystems 18
2.1.4 Entwicklung einer wirtschaftlich optimierten Betriebsführung 21
2.2 Auslegung von Speichersystemen 23
2.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 29
2.3.1 Investitionskosten 29
2.3.2 Wirtschaftlichkeitsberechnungen 32
2.3.3 Wirtschaftliche Bewertung von Speichersystemen 34
2.4 Weitere Begriffe 36
2.5 Übungsaufgaben 39
2.6 Literatur 40
3 Anforderungen und Systemsystemkomponenten von Speichersystemen 42
3.1 Anforderungen und Systemkomponenten 42
3.2 Anforderungen für Speichersysteme 46
3.3 Systemkomponenten eines Speichersystems 48
3.4 Übungsaufgaben 50
3.5 Literatur 51
4 Mechanische Speicher 52
4.1 Konversion von mechanischer Energie in elektrische Energie 52
4.2 Verwendung potenzieller Energie I – Pumpspeicherkraftwerke und alternative Konzepte 54
4.3 Verwendung von Rotationsenergie – Schwungradspeicher 60
4.4 Verwendung potenzieller Energie II – Druckluftspeicher 68
4.5 Anwendungsbeispiel – Ertüchtigung eines Pumpspeicherkraftwerks für den sekundären Energiemarkt 75
4.6 Übungsaufgaben 79
4.7 Literatur 80
5 Thermische Speicher 82
5.1 Grundlagen 83
5.2 Sensible Wärmespeicher 94
5.3 Latentwärmespeicher 101
5.4 Thermochemische Speicher 106
5.5 Übungsaufgaben 108
5.6 Literatur 109
6 Elektrische Speichersysteme 110
6.1 Leistungselektronische Komponenten und Transformatoren 110
6.2 Anforderungen 116
6.3 Kondensator 119
6.4 Doppelschichtkondensatoren 126
6.5 Anforderungen an Doppelschichtkondensatoren 130
6.6 Anwendungsbeispiel – Rekuperation eines Personenaufzugs 133
6.7 Übungsaufgaben 141
6.8 Literatur 142
7 Elektrochemische Speichersysteme 144
7.1 Allgemeine Betrachtungen 145
7.1.1 Elektrochemische Reaktionsgleichungen 145
7.1.2 Anforderungen und Auslegung 148
7.1.3 SOC, SOH und Alterung 153
7.1.4 Modellierung von Zellen 159
7.1.5 Systemkomponenten EMS und BMS 160
7.2 Bleibatterien 163
7.2.1 Haupt- und Nebenreaktionen 163
7.2.2 Anforderungen und Systemkomponenten von Bleibatteriesystemen 164
7.2.3 Anwendungsbeispiel – Versorgung eines Mobilfunksendemasts 168
7.3 Lithium-Ionen-Batterien 174
7.3.1 Chemie von Lithium-Ionen-Batterien 174
7.3.2 Anforderungen und Systemkomponenten für den Gebrauch von Lithium-Ionen-Batterien 176
7.3.3 Alterung und Betriebsführung 179
7.3.4 Anwendungsbeispiel – Solarstromspeichersystem 181
7.4 Hochtemperaturbatterien 193
7.4.1 Hauptreaktion 193
7.4.2 Anforderungen und Systemkomponenten 194
7.4.3 Anwendungsbeispiel – Einbindung einer Natrium-Schwefel-Batterie an einen Windpark in einem Inselnetz 197
7.5 Redox-Flow-Batterien 202
7.5.1 Chemie und Hauptreaktionen 202
7.5.2 Anforderungen an Redox-Flow-Batterien 203
7.5.3 Anwendungsbeispiel – Einbindung einer Redox-Flow-Batterie an einen Windpark in einem Inselnetz 205
7.6 Übungsaufgaben 208
7.7 Literatur 209
8 Chemische Speicher 212
8.1 Allgemeine Funktion und Anforderungen 213
8.2 Wasserstofftechnik 216
8.2.1 Techniken zur Wasserspaltung 216
8.2.2 Brennstoffzelle 219
8.2.3 Anwendungsbeispiel – Lastwagen mit Brennstoffzellenantrieb 221
8.3 Methanisierung 224
8.3.1 Grundreaktion 224
8.3.2 Anwendungsbeispiel – Windanlage und Methanisierung 225
8.4 Übungsaufgaben 228
8.5 Literatur 228
9 Lastmanagement 230
9.1 Grundfunktionen und Anforderungen 230
9.2 Anwendungsbeispiel – Lastmanagement für einen Gewerbe- und Wohnkomplex 235
9.3 Übungsaufgaben 238
9.4 Literatur 239
Index 240