Wie Wärme zur Speicherung erneuerbarer Energien genutzt werden kann

Wie Wärme zur Speicherung erneuerbarer Energien genutzt werden kann Wie können wir Energie aus intermittierenden erneuerbaren Energiequellen speichern? Benny (ich bin leer) / Flickr, CC BY

Die Auswirkungen, die fossile Brennstoffe auf die Klimakrise treibt einen internationalen Vorstoß zur Nutzung kohlenstoffarmer Energiequellen voran. Derzeit sind Wind- und Sonnenenergie die besten Möglichkeiten, um kohlenstoffarme Energie in großem Maßstab zu erzeugen. Aber trotz Verbesserungen in den letzten Jahren an beiden Leistung und weiterführende kostenEs bleibt ein erhebliches Problem: Der Wind weht nicht immer und die Sonne scheint nicht immer. Ein Stromnetz, das auf diesen schwankenden Quellen beruht, hat Schwierigkeiten, sich ständig anzupassen Angebot und Nachfrageund damit erneuerbare Energien geht manchmal zu verschwenden weil es nicht bei Bedarf produziert wird.

Eine der Hauptlösungen für dieses Problem ist die groß angelegte Stromspeichertechnologien. Diese arbeiten, indem sie Strom ansammeln, wenn das Angebot die Nachfrage übersteigt, und ihn dann wieder abgeben, wenn das Gegenteil eintritt. Ein Problem bei dieser Methode ist jedoch, dass es sich um eine handelt enorme Mengen an Elektrizität.

Bestehende Speichertechnologien wie Batterien wären aufgrund ihrer Art für diesen Prozess nicht gut hohe Kosten pro Energieeinheit. Zur Zeit, über 99% von großflächigen Stromspeichern wird von gehandhabt gepumpte Staudämme, die Wasser zwischen zwei Behältern durch eine Pumpe oder Turbine bewegen, um Strom zu speichern oder zu erzeugen. Es gibt jedoch Grenzen, wie viel mehr Pumpwasserkraft aufgrund seiner geografischen Anforderungen gebaut werden kann.

Eine vielversprechende Speicheroption ist der Pumpspeicher für thermischen Strom. Diese relativ neue Technologie gibt es schon ungefähr zehn Jahreund wird derzeit in Pilotanlagen getestet.

Wie Wärme zur Speicherung erneuerbarer Energien genutzt werden kann Die Umwandlung von Elektrizität in Wärme erfolgt im zentralen Kreislauf und wird dann in heißen und kalten Tanks gespeichert. Pau Farres Antunez, Autor zur Verfügung gestellt

Der Pumpspeicher für thermischen Strom wandelt Strom mit einer großen Wärmepumpe in Wärme um. Diese Wärme wird dann in einem heißen Material wie Wasser oder Kies in einem isolierten Tank gespeichert. Bei Bedarf wird die Wärme dann mit a wieder in Strom umgewandelt Wärmekraftmaschine. Diese Energieumwandlungen erfolgen mit thermodynamische Zyklen, die gleichen physikalischen Prinzipien, die für den Betrieb von Kühlschränken, Automotoren oder Wärmekraftwerken verwendet werden.

Bekannte Technologie

Pumpspeicher für thermischen Strom hat viele Vorteile. Die Konvertierungsprozesse basieren meist auf konventionellen Technologien und Komponenten (z Wärmetauscher, Kompressoren, Turbinenund elektrische Generatoren), die in der Energie- und Verarbeitungsindustrie bereits weit verbreitet sind. Dies verkürzt die Zeit, die erforderlich ist, um Pumpspeicher für thermischen Strom zu entwerfen und zu bauen, selbst in großem Maßstab.

Die Lagertanks können mit reichlich vorhandenen und kostengünstigen Materialien wie Kies, geschmolzenen Salzen oder Wasser gefüllt werden. Und, im Gegensatz zu BatterienDiese Materialien stellen keine Gefahr für die Umwelt dar. Große Salzschmelztanks werden seit vielen Jahren erfolgreich in konzentrierten Solarkraftwerken eingesetzt, einer Technologie für erneuerbare Energien schnelles Wachstum während des letzten Jahrzehnts. Konzentrierte Solarenergie und gepumpter thermischer Stromspeicher haben viele Gemeinsamkeiten. Während konzentrierte Solarkraftwerke Energie erzeugen, indem sie Sonnenlicht als Wärme speichern (und dann in Strom umwandeln), speichern gepumpte thermische Stromspeicher Strom, der aus einer beliebigen Quelle stammen kann - Solar, unter anderem Wind oder sogar Kernenergie.

Wie Wärme zur Speicherung erneuerbarer Energien genutzt werden kann Ein konzentriertes Solarkraftwerk. Nationales Labor für erneuerbare Energien, CC BY-NC-ND

Einfach bereitzustellen und zu kompaktieren

Pumpspeicherkraftwerke können unabhängig von der geografischen Lage überall installiert werden. Sie können auch einfach skaliert werden, um den Speicherbedarf des Netzes zu decken. Andere Formen der Speicherung von Massenenergie sind dadurch begrenzt, wo sie installiert werden können. Zum Beispiel erfordert ein Pumpspeicher für Berge und Berge Täler, in denen erhebliche Wasserspeicher gebaut werden können. Druckluftspeicher stützt sich auf große unterirdische Höhlen.

Pumpspeicher für thermischen Strom hat eine höhere Energiedichte als gepumpte Staudämme (es kann mehr Energie in einem bestimmten Volumen speichern). Beispielsweise, zehn Mal Aus 1 kg Wasser, das bei 100 ° C gespeichert ist, kann mehr Strom gewonnen werden als aus 1 kg Wasser, das in einer Höhe von 500 Metern in einem Pumpwasserkraftwerk gespeichert ist. Dies bedeutet, dass für eine bestimmte gespeicherte Energiemenge weniger Platz benötigt wird, sodass der ökologische Fußabdruck der Anlage geringer ist.

Wie Wärme zur Speicherung erneuerbarer Energien genutzt werden kann Salzschmelztanks zur Speicherung von Wärmeenergie in einem konzentrierten Solarkraftwerk. Abengoa

Langlebigkeit

Die Komponenten des gepumpten thermischen Stromspeichers halten typischerweise Jahrzehnte. Batterien hingegen verschlechtern sich mit der Zeit und müssen alle paar Jahre ausgetauscht werden - die meisten Elektroautobatterien sind in der Regel nur für garantiert etwa fünf bis acht Jahre.

Obwohl es viele Dinge gibt, die einen Pumpspeicher für thermischen Strom für die Speicherung erneuerbarer Energien in großem Maßstab gut geeignet machen, hat er seine Nachteile. Möglicherweise ist der größte Nachteil der relativ bescheidene Wirkungsgrad - dh wie viel Strom während der Entladung zurückgegeben wird, verglichen mit dem, wie viel während des Ladevorgangs eingespeist wurde. Die meisten gepumpten thermischen Stromspeichersysteme zielen darauf ab 50-70% Wirkungsgrad, verglichen mit 80-90% für Lithium-Ionen-Batterien or 70-85% für Pumpspeicher.

Am wichtigsten sind wohl die Kosten: Je niedriger sie sind, desto schneller kann sich die Gesellschaft in Richtung einer kohlenstoffarmen Zukunft bewegen. Pumpspeicher für thermischen Strom ist voraussichtlich wettbewerbsfähig sein mit anderen Speichertechnologien - obwohl dies nicht sicher bekannt sein wird, bis die Technologie ausgereift und vollständig kommerzialisiert ist. So wie es steht, mehrere Organisationen bereits Arbeit, reale Prototypen. Je früher wir den Pumpspeicher für thermischen Strom testen und einsetzen, desto eher können wir ihn für den Übergang zu einem kohlenstoffarmen Energiesystem verwenden.Das Gespräch

Über den Autor

Antoine Koen, Doktorand im Bereich Pumped Thermal Energy Storage, University of Cambridge und Pau Farres Antunez, Postdoktorand für Energiespeicherung, University of Cambridge

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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