Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Speicherformel: Ilmenauer Forscher stellt Theorie thermischer Speicherung von Elektroenergie auf

29.08.2013
Dem Ilmenauer Maschinenbauprofessor André Thess ist es gelungen, den Wirkungsgrad der neuen Strom-Wärme-Strom-Energiespeichertechnologie (SWS-Energiespeichertechnologie) für beliebige Speichermedien mit einer einfachen Formel vorherzusagen.

Mit dieser Formel wird es erstmals möglich, innovative SWS-Speichermodelle in die praktische Anwendung zu überführen. Über das Forschungsergebnis berichtet die heute, 29. August 2013, erschienene Onlineausgabe der international renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“.


Strom-Wärme-Strom-Energiespeicher: Schematische Darstellung des Warmwasserspeicherbehälters mit der Wärmepumpe (links) und der Wärmekraftmaschine (rechts)


TU Ilmenau/Professor André Thess

Die ortsunabhängige und kostengünstige Speicherung elektrischer Energie in der Größenordnung des Tagesverbrauchs einer Großstadt (Gigawattstunden, GWh) ist ein ungelöstes Problem der Energietechnik. Ohne dessen Lösung wird die Integration regenerativer Energiequellen in den vorhandenen Energiemix nicht gelingen. Weder Pumpspeicherwerke noch Batteriespeicher oder Druckluftspeicherkraftwerke erlauben es, solche Energiemengen unabhängig von den geologischen Eigenschaften eines Standortes und zu niedrigen Preisen zu speichern.

Der Energiepionier Bodo Wolf hatte bereits im Jahre 2007 eine neue Energiespeicheridee patentiert: Elektroenergie wird mittels besonderer Wärmepumpen - sogenannter Hochtemperaturwärmepumpen - in Wärme umgewandelt und als heißes Wasser preiswert gespeichert. Bei Bedarf wird die thermische Energie des Wassers mittels spezieller Kraftwerksanlagen, so genannter transkritischer CO2-Dampfkraftanlagen, wieder in Elektroenergie zurückverwandelt. Dieses thermodynamische Prinzip wird heute als Strom-Wärme-Strom (SWS)-Energiespeicher bezeichnet. Andere Erfinder haben die SWS-Idee für weitere Wärmespeichermaterialien wie Salzschmelzen und Gesteinsschüttungen sowie auf Kältespeichermaterialien wie Eis und flüssiger Stickstoff verallgemeinert.

Doch gab es auf dem jungen Forschungsgebiet SWS bislang nur so genannte „Papierspeicher“. So bezeichnen Fachleute spöttisch die zahlreichen Energiespeicherideen, die bisher nur auf dem Papier oder als Miniaturmodelle existieren. Dass es noch keinen industrietauglichen SWS-Speicher gibt, liegt unter anderem daran, dass bislang kaum theoretische Vorhersagen über seinen Wirkungsgrad existieren. Der Wirkungsgrad eines Energiespeichers ist das Verhältnis zwischen wiedergewonnener und eingespeister Energie und wird in Prozent angegeben. Nach ihm bemisst sich die Effizienz von Energiewandlungen und Energieübertragung. Zwar gab es schon vereinzelte Versuche, Wirkungsgrade für spezielle SWS-Speichermaterialien und Gasturbinenprozesse zu berechnen, doch hatten die Ergebnisse bislang nur beschränkte Aussagekraft, weil sie von sehr vielen unsicheren Parametern abhingen und keine vergleichende Bewertung unterschiedlicher Speichermedien zuließen. In einer solchen Situation gibt kein Investor Geld für den Bau einer großen Pilotanlage aus.

Wie die Fachzeitschrift Physical Review Letters in ihrer Onlineausgabe vom 29. August 2013 berichtet, hat der Maschinenbauingenieur Professor André Thess von der Technischen Universität Ilmenau nun erstmals eine vereinheitlichte Theorie vorgestellt, die die Wirkungsgrade von SWS-Energiespeichern mit einer einfachen Formel für beliebige Wärme- und Kältespeichermedien vorhersagt.

Während bisherige Theorien der SWS-Energiespeicher auf zahlreichen speziellen Annahmen beruhen, bedient sich die neue Theorie der Methode der endoreversiblen Thermodynamik. Diese Methode greift nur auf wenige fundamentale Postulate zurück und ist deshalb von großer Allgemeinheit. Überraschenderweise ist die neue Wirkungsgradformel – die „Speicherformel“ – recht einfach. Zudem hängt sie – ähnlich wie die in Expertenkreisen bekannte Carnot-Formel – nur von zwei Temperaturen ab: der Außentemperatur und der Wärmespeichertemperatur.

Die Speicherformel stellt zwar kein exaktes Abbild eines realen SWS-Energiespeichers dar, doch erlaubt sie eine grobe Abschätzung der Energiespeicherkapazität verschiedener Bauformen. Würde man beispielsweise das Berliner (Günther-Jauch-)Gasometer mit Wasser füllen und als Speicherbehälter für einen SWS-Energiespeicher verwenden, könnte man darin etwa 0,6 GWh Elektroenergie speichern. Dies würde ausreichen, um die Bewohner einer Großstadt wie Jena einen Tag lang mit Strom zu versorgen.

Auf die Frage nach dem genauen Wirkungsgrad antwortet Professor Thess: „Es hat wenig Sinn, Zahlen zu nennen, ohne gleichzeitig die Investitionskosten zu beziffern. Ein billiger Speicher mit 30 Prozent Wirkungsgrad kann unter Umständen wirtschaftlicher sein als ein teurer Speicher mit 60 Prozent“. Jedenfalls verrät die Speicherformel, dass in einem Kilogramm Wasser durch Erwärmen mindestens zehnmal mehr Elektroenergie gespeichert werden kann, als wenn man es in einem Pumpspeicherwerk um 300 Meter anhebt. Die Speicherformel besagt auch, dass Wirkungsgrad und Speicherdichte mit höherer Speichertemperatur wachsen. Deshalb gibt es parallel zu geplanten SWS-Energiespeichern auf Wasserbasis auch Überlegungen für Salzschmelzen oder Gesteinsschüttungen als Speichermedien.

Künftige Pilotanlagen werden zeigen, ob die Speicherformel korrekt ist. Ein Vorteil der SWS-Technologie liegt indessen schon jetzt auf der Hand: Sie erfordert im Gegensatz zu Batterien keine teuren oder seltenen Materialien wie Lithium, sondern im einfachsten Fall nur Wasser und CO2.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. André Thess
Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau
Tel: 03677-69-2445, Mobil: 0171-1237-234
Email: thess@tu-ilmenau.de

Bettina Wegner | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-ilmenau.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Geräteschutzschalter erfüllt NEC Class 2
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Elektronikgehäuse für Anzeigeeinheiten
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften