Diskussions- und Vortragsveranstaltung mit Ausstellung
Speicher aus NRW
für die Energiewende
Freitag, 30. Oktober 2015
14.30 Uhr bis 20.00 Uhr
Landtag NRW, Plenarsaal
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Sehr geehrte Damen und Herren,
liebe Freundinnen und Freunde,
Sonnen- und Windenergie bilden die Säulen der Energiewende in Deutschland und damit unserer zukünftigen Stromversorgung. Sonne und Wind
bergen ein gewaltiges Energiepotential, das sie jedoch nicht unbedingt dann
entfalten, wenn wir Strom benötigen. Angebot und Nachfrage von Strom
in Einklang zu bringen, gehört zu den großen Aufgaben der Energiewende.
Hierbei spielen Energiespeicher eine zentrale Rolle.
Wir GRÜNE im Landtag NRW beschäftigen uns intensiv mit diesem Thema.
Denn gerade hier in Nordrhein-Westfalen gibt es zahlreiche aktuelle Entwicklungen und Forschungsprojekte. Forschung und Industrie im traditionsreichen
Energie- und Wissenschaftsland NRW haben das Potential und das KnowHow, um Speichertechnologien entscheidend voranzubringen.
Ich freue mich deshalb, dass wir in diesem Reader anlässlich der Veranstaltung „Speicher aus NRW für
die Energiewende“ nicht nur eine politische Perspektive auf und einen Überblick über Speichertechnologien bieten, sondern auch auch einige nordrhein-westfälische Projekte in Gastbeiträgen vorstellen.
Die Bandbreite der Projekte zeigt, wie vielfältig und verschieden weit entwickelt Speichertechnologien
heute sind ist, wo wir in NRW stehen und wo wir durch Forschung noch viel erreichen können.
Ich wünsche interessante Einblicke in „Speicher aus NRW für die Energiewende“ - sowohl bei der
Lektüre dieses Readers als auch bei der dazugehörigen Veranstaltung und Ausstellung.
Wibke Brems
Dipl.-Ing. (FH) Wibke Brems MdL
Sprecherin für Klimaschutz und Energiepolitik
Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN im Landtag NRW
Platz des Landtags 1, 40221 Düsseldorf
Tel.: 0211 - 884 2142
Fax: 0211 - 884 3541
[email protected]
www.wibke-brems.de
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
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Impressum
Fraktion Bündnis 90/Die Grünen
im Landtag Nordrhein-Westfalen
Platz des Landtags 1
40221 Düsseldorf
Tel.: 0211 - 884 2281
Fax: 0211 - 884 3511
[email protected]
www.gruene-fraktion-nrw.de
Texte: Wibke Brems MdL, Katrin Uhlig, Matthias Maier, Christian Wieda
Layout: Bettina Tull
Grafik S. 6: Layout: Burak Korkmaz / Idee: Wibke Brems
Disclaimer:
Die in den Gastbeiträgen vertretenen Ansichten geben ausschließlich die Meinung der Autorin/des Autors wieder. Als Herausgeberin des Readers übernimmt die GRÜNE Landtagsfraktion NRW keine Gewähr für die Richtigkeit und Vollständigkeit der dargestellten Informationen.
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
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Inhalt
Vorwort............................................................................................................................................... 3
Nordrhein-Westfalen: Vom Land der Kohle zum Klimaschutzland........................................................ 6
Was sind Energiespeicher und wofür brauchen wir sie? ....................................................................... 9
Die Referenten und Referentinnen .................................................................................................... 15
Gastbeiträge:
Speicher ermöglichen statt verhindern, Oliver Krischer MdB.......................................................................19
Netzwerk Netze und Speicher NRW, EnergieAgentur.NRW..........................................................................20
Regenerative Stromversorgung und Flexibilitätsbedarf in Europa 2050, Wuppertal Institut.....................21
Aluminiumelektrolyse als ‘Virtuelle Batterie‘, Heribert Hauck – TRIMET Aluminium SE...............................22
Intelligente Haushaltsgeräte als virtuelle Großverbraucher, Universität Paderborn....................................23
Energiespeicher & Netze für Strom, Treibstoff & Wärme – Ein systemübergreifender Ansatz
Dr. W.A. Benesch, STEAG Energy Services GmbH..............................................................................................24
Innovative Speicher für die Energiewende, ThyssenKrupp...........................................................................25
Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“? Deutsches Institut für Luft und Raumfahrt e.V. (DLR).............26
TESS - Thermischer Stromspeicher für die Energiewende, Prof. Dr.-Ing. Ulf Herrmann..............................27
Chemische Wärmespeicherung, Dr. Stefan Peil.............................................................................................28
Chemische Wasserstoffspeicherung, Dr. Michael Felderhoff........................................................................29
Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“ Prof. Dr. Klaus Görner, ......................................................30
Power To Heat: Gewusst wie!, Dipl.-Ing. Uwe Weber...................................................................................31
h2herten – Versuchsplattform für Energiespeicher, Thorben Müller............................................................32
Kommunale Kläranlagen als Regelbaustein im Energienetz,
Gerd Kolisch, Inka Hobus, Yannick Taudien (alle WiW mbH)............................................................................33
Biomethanisierung von CO2 und H2 durch methanogene Archaeen, Prof. Dr.-Ing. Isabel Kuperjans........34
where science and industry meet, MEET Universität Münster.......................................................................35
Energiespeicherung – ein vielfältiges Thema
Cologne Institute for Renewable Energy der Technischen Hochschule Köln.......................................................36
Projekt M5BAT - Erprobung stationärer Batteriespeicher, PGS, E.ON, RWTH Aachen................................37
Energiespeicher-Forschungsprojekte, PEM der RWTH Aachen......................................................................38
DESIREE – Defektspinelle als Hochenergie- und Hochleistungsmaterialien zur
elektrochemischen Energiespeicherung.............................................................................................. 39
Redox-Flow-Batterien (0,2 - 2 MW) von Fraunhofer UMSICHT,
Prof. Dr. Christian Doetsch, Dr. Wilhelm Althaus..............................................................................................40
Redox-Flow-Batterien (0,5-6 kW) von Volterion, Thorsten Seipp...............................................................41
STORNETIC – Schwungradenergiespeicher........................................................................................ 42
Stadtwerke planen Speicher für die Zukunft, Nicole Kolster........................................................................43
Pumpspeicherkraftwerke und ihre Rolle für die Energiewende,
Michael Moltrecht, RWE Generation, Leiter Wasserkraft...................................................................................44
Nachfolgenutzung von Bergwerksinfrastruktur im Ruhrrevier für untertägige Pumpspeicherwerke,
Prof. Dr.-Ing. André Niemann, Universität Duisburg-Essen................................................................................45
Projektidee Energiespeicher Niederrhein............................................................................................ 46
Liste der ausstellenden Firmen, Institute und Hochschulen................................................................. 47
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
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Speicher in NRW
Nordrhein-Westfalen:
Vom Land der Kohle zum Klimaschutzland
Der Abbau von Kohle brachte mit der Industrialisierung Arbeit und Wohlstand nach Nordrhein-Westfalen und machte NRW zum Energie- und Industrieland. Bis heute sind der Kohleabbau und alle damit
in Verbindung stehenden Industrien ein bedeutender Faktor in NRW. Braun- und Steinkohle stellen
mit einem Anteil von circa 75 Prozent der Stromproduktion den größten Teil des Strommixes an Rhein
und Ruhr.
Die Nutzung von Kohle ist jedoch mit erheblichen Auswirkungen auf Menschen, Umwelt und unser
Klima verbunden. Daher ist es auch nicht verwunderlich, dass ein Drittel der deutschen Treibhausgasemissionen aus NRW stammen. Auch die Pro-Kopf-Emissionen sind mehr als eineinhalb Mal größer als
im Bundesdurchschnitt.
Nordrhein-Westfalen hat folglich eine besondere Verantwortung, dass Deutschland die Klimaschutzziele erreichen kann. Und erste Schritte auf dem Weg zum Klimaschutzland sind bereits getan: Die
Verabschiedung des deutschlandweit ersten Klimaschutzgesetzes mit verbindlichen Zielen bietet den
Rahmen, Erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Energieeinsparung, aber auch ein Umdenken im Bereich der Mobilität und des Wirtschaftens in NRW weiter voranzubringen. Der Einstieg in den Ausstieg
aus der Kohle ist geschafft. Das Ende der Steinkohleförderung Ende 2018 ist in greifbarer Nähe und
die erste Verkleinerung eines bereits genehmigten Braunkohletagebaus in der deutschen Geschichte
bedeutet einen Sinneswandel im Kohleland NRW. Denn die Erneuerbaren Energien machen einen
immer größeren Anteil im deutschen Strommix aus und lassen den Anteil der Kohleverstromung sinken. Sonnen- und Windenergie produzieren heute schon im Jahresmittel fast ein Drittel des deutschen
Stroms und dieser Anteil wird weiter kontinuierlich ansteigen.
Im Jahr 2013 wurden in NRW bereits 15.900 Millionen kWh Strom aus Erneuerbaren Energien erzeugt. Dies entspricht knapp zehn Prozent des Stromverbrauchs im Land. Die rot-grüne Landesregierung plant, bis 2025 den Anteil des Stroms aus Erneuerbaren Energien auf mehr als 30 Prozent auszuweiten. Insbesondere die Potentiale der Windenergie sind entscheidend.
100 Prozent Erneuerbar: Ohne Speicher geht es nicht!
Stromerzeugung und Stromverbrauch müssen zu jedem Zeitpunkt gleich groß sein, damit die Stromversorgung funktioniert. Oder bildlich ausgedrückt: Erzeugung und Verbrauch müssen wie bei einer
Waage im Gleichgewicht stehen. Als
die Stromversorgung ausschließlich
auf fossilen Kraftwerken basierte,
wurde die Erzeugung am Verbrauch
ausgerichtet. „Träge“ Atom- oder
Kohlekraftwerke wurden nach dem
tagestypischen Verlauf des Stromverbrauchs gefahren. Eine Mischung
aus schnell zu- und abschaltbaren
Pumpspeicherkraftwerken und Gaskraftwerken sorgte für den Ausgleich,
wenn der Stromverbrauch sich innerhalb kurzer Zeit drastisch änderte.
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
• Lastmanagement, das vor allem in der Industrie mit ihrem großen Verbrauch dafür sorgt, dass sich
dieser flexibel der fluktuierenden Erzeugung anpassen kann.
• Speicher, die Energie aufnehmen und wieder abgeben und somit Schwankungen in der Erzeugung
über den Ausgleich über ein gutes Netz und Lastmanagement hinaus ausgleichen können.
Mithilfe von Speichern kann Energie zwischengelagert werden, wenn die Wetterverhältnisse eine
hohe Produktion ermöglichen und die Nachfrage geringer ist als die Produktion. Gleichermaßen
können die Speicher dann diese Energie wieder abgeben, wenn die Nachfrage die Energieproduktion
übersteigt. So können die Schwankungen in der Energieproduktion ausgeglichen werden und Versorgungssicherheit ist weiterhin gewährleistet.
Es sind unterschiedliche Speicher notwendig, da einerseits kurzfristig, beispielsweise Photovoltaikstrom
von der Mittags- bis zur Abendzeit, gespeichert werden muss, andererseits auch mehrtägige Windflauten ausgeglichen werden müssen. Für kurzfristige Stromspeicherung sind Pumpspeicher und intelligente Fernsteuerung von Batteriesystemen möglich. Als langfristiger Speicher ist beispielsweise das
so genannte Power-to-Gas-Verfahren denkbar. Dabei wird mit dem überschüssigen Strom zunächst
Wasserstoff und in einem weiteren Schritt ggf. Erdgas hergestellt. Dies kann ins vorhandene Erdgasnetz eingespeist und entweder zu Zeiten mit geringerer Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in
Gaskraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt werden oder direkt der Wärmeerzeugung dienen.
Der Speicherbedarf wird sich in den nächsten Jahren besonders deshalb erhöhen, weil die zwei Säulen der Energiewende in Deutschland, auch in Nordrhein-Westfalen, Wind- und Sonnenenergie sind.
Schon heute gibt es verschiedene Ansätze für Speicherlösungen in Forschung und Praxis. Durch einen
ganzheitlichen Ansatz können verschiedene Speicher und Ausgleichsmechanismen miteinander verzahnt und somit zusätzliche Potentiale gehoben werden. Denn in einem klimafreundlichen Energiesystem der Zukunft müssen neben den heute bereits vielfältig diskutierten Ansätzen im Strombereich
auch Konzepte für den Wärme- und Mobilitätsbereich berücksichtigt werden. Hier ist zum Beispiel die
Rolle der Elektromobilität wichtig. Diese wird zum einen den Bedarf an Speichertechnologien weiter
steigern, aber auch die Anforderungen an diese verändern. Die Entwicklung von effizienten Speichertechnologien mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen ist deshalb für das Gelingen der Energiewende und die Entwicklung von alternativen Verkehrsmodellen ebenso wichtig wie die Frage der Integration der Speicher in das Energiesystem selbst. Wann, wo und welche Speicher genutzt werden, muss
bei den Überlegungen zum Stromsystem der Zukunft ebenso berücksichtigt werden.
Den Wandel als Chance begreifen und für NRW gestalten
NRW wird sich wandeln, seine traditionellen Stärken nutzen und seine energietechnische Expertise
in den Umbau der Stromversorgung einbringen müssen. Denn nur an dem festzuhalten, was Nordrhein-Westfalen als Industrie- und Energieland groß gemacht hat, wird dazu führen, dass NRW im
Wandel des Strom- und Energiesystems zurückbleibt und Strukturbrüche entstehen, weil Chancen
und Entwicklungen verpasst werden. Stattdessen ist es wichtig, dass NRW weiterhin gezielt seine
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
• Ein gutes Netz, in dem sich die regional unterschiedliche Erzeugung aus Erneuerbaren Energien
sowie Erzeugung und Verbrauch ausgleichen können.
GASTBEITRÄGE
Für eine Stromversorgung, die mehr und mehr auf Erneuerbaren Energien basiert, ist eine neue Denkweise erforderlich. Denn nun wird Strom nicht mehr automatisch entsprechend der Nachfrage produziert, sondern abhängig von den Wetterbedingungen. Eine Stromproduktion aus Erneuerbaren Energien – vor allem Sonne und Wind – wird daher immer abhängig vom Wetter schwanken. Daher liegt
die Herausforderung innerhalb des neuen Stromsystems darin, Strombereitstellung und -nachfrage
dennoch im Einklang zu halten. Für dieses Energiesystem der Zukunft sind drei Faktoren entscheidend:
AUSSTELLUNG
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SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
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Kompetenzen im Bereich der Energieversorgung, der Industrie, der Wirtschaft und der Wissenschaft in
die Gestaltung des Stromsystems einbringt und die Chancen aufgreift, die Lastmanagement, Speicher-, Einsparungs- und Effizienztechnologien sowie Erneuerbare Energien bieten. Auch im Bereich der
Wärmetechnologie sowie der Mobilität bieten sich in NRW große Möglichkeiten für Wirtschaft und
Wissenschaft.
Dass NRW mehrere Ballungszentren besitzt, kann zu einem Standortvorteil werden, wenn das Energiesystem der Zukunft ganzheitlich begriffen wird. Strom, Wärme und Mobilität müssen gemeinsam
gedacht werden. Hier kommen Speicher und Lastmanagement ins Spiel, die die althergebrachten
Grenzen zwischen diesen Bereichen aufweichen und verschwimmen lassen und somit auch neue Potentiale und Möglichkeiten eröffnen. Nordrhein-Westfalen besitzt ein besonderes Potential für Forschung und Entwicklungen innerhalb solch eines ganzheitlich gedachten Systems.
Antworten auf dem Weg zum Energiesystem der Zukunft
Welche Form der Erneuerbaren Energien und welche Speicherform wird welchen Anteil haben? Wie
wird das Stromnetz der Zukunft aussehen? Wie groß ist das Potential von Lastmanagement in Industrie und in Privathaushalt? An diesen Fragen forschen viele Institute, Hochschulen, aber auch die Wirtschaft. Wir wollen uns in diesem Reader mit einer Erläuterung zu den einzelnen Speichertechnologien
und mit Gastbeiträgen aus Industrie und Wissenschaft den Antworten annähern.
Dass eine Stromversorgung mit 100 Prozent Erneuerbaren Energien möglich ist, steht außer Frage.
Hierfür müssen die richtigen Weichen gestellt und mutig neue Wege beschritten werden. Es darf nicht
mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien gewartet werden, bis Netze und Speicher überall zur
Verfügung stehen. Vielmehr müssen Speicherförderung ausgebaut und flexible Stromtarife eingeführt
werden.
Die Förderung von Speichern sollte anwendungsorientiert sein, damit Marktreife und Marktdurchdringung in den nächsten Jahren gelingen können. Darüber hinaus würden flexible Stromtarife einen
enormen Entwicklungsschub für die eng miteinander verwobenen Bereiche Lastmanagement und
Speicher bringen. Strom muss dann billig sein, wenn viel erneuerbarer Strom produziert wird, und
dann mehr kosten, wenn wenig Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht. NRW hat für
die Energiewende die besten Voraussetzungen, die wir mit gemeinsamen Anstrengungen unterstützen
sollten.
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Weil Erneuerbare-Energien-Anlagen nicht immer dann Strom produzieren, wenn er gebraucht wird,
brauchen wir in unserem Energiesystem zunehmend Möglichkeiten, Energie für eine spätere Nutzung
in Speichern zwischenzulagern. Im Allgemeinen gilt als Energiespeicher alles, was Energie über eine
gewisse Zeit mit sich trägt. Häufig wird dazu elektrische Energie in eine andere Energieform, wie zum
Beispiel chemische Energie, umgewandelt.
Der Stromverbrauch in unserem Energiesystem ist je nach Tages- und Jahreszeit unterschiedlich. Es
gibt Zeiten, in denen wenig Strom benötigt wird, und Zeiten, in denen besonders viel Strom verbraucht wird. Im Tagesablauf ändert sich der Stromverbrauch stark: Nachts ist er sehr niedrig, da der
Großteil der Menschen schläft und somit die meisten Lichter und meisten Geräte ausgeschaltet sind.
In Deutschland steigt der Verbrauch beispielsweise durch die Arbeit mit Computern und Maschinen ab
morgens kontinuierlich an. Mittags, wenn zusätzlich gekocht wird, ist der Stromverbrauch am höchsten. Anschließend nimmt der Stromverbrauch wieder ab, steigt zur Feierabendzeit noch einmal an,
bevor er zur Nacht wieder auf den niedrigsten Stand absinkt.
Erneuerbare Energien können unseren Strombedarf zukünftig im Jahresdurchschnitt decken. Die Herausforderung besteht dabei darin, dass die Erzeugung fluktuiert und nicht unbedingt der jeweiligen
momentanen Nachfrage entspricht. Speicher können dazu beitragen, dass hier ein Ausgleich hergestellt wird und die Waage zwischen Angebot und Nachfrage im Gleichgewicht ist. Batterien, Akkus,
aber auch Wasserstoff und Pumpspeicher sind Technologien, die für die Speicherung von Strom zur
Verfügung stehen und erforscht werden.
Welche Speichertechnologien gibt es?
Es gibt mechanische, thermische, elektrochemische und chemische Speicher. Diese Kategorien umfassen zahlreiche verschiedene Speichertypen, die alle spezifische Charakteristika aufweisen und sich
dementsprechend für verschiedene Anwendungen eignen.
Eine wichtige Eigenschaft eines Speichers ist sein Wirkungsgrad, also das Maß für die Effizienz der
Energieumwandlung. Je höher der Wirkungsgrad, desto weniger Energie geht im Umwandlungsprozess für die spätere Nutzung verloren. Speicherdauer und –menge sind je nach Anwendung unterschiedlich, aber teilweise auch durch fehlende technische Möglichkeiten und Standortschwierigkeiten
begrenzt. Auch die Potentiale der im Folgenden vorgestellten Speichertypen sind sehr unterschiedlich.
Einige Speichertechnologien sind bereits etabliert, wohingegen sich viele Technologien noch im Forschungsstadium befinden, oder erst seit Kurzem auf dem Markt sind.
Mechanische Speicher
Pumpspeicherkraftwerke spielen wegen ihrer hohen Speicherkapazität eine wichtige Rolle. Die Funktionsweise ist simpel und wird bereits seit über hundert Jahren genutzt. Ist die Stromnachfrage gering,
wird Wasser von einem Unterbecken in ein Oberbecken gepumpt. Es besitzt dort eine erhöhte Lageenergie, die von der Masse des Wassers und dem Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterbecken
abhängt. Als Lageenergie wird die Energie eines Körpers bezeichnet, die durch dessen räumliche Position bestimmt wird. Die Erdgravitation und der Höhenunterschied zwischen Ausgangs- und Endpunkt
des Körpers (in diesem Fall zwischen Ober- und Unterbecken) wirken sich auf den Energiegehalt eines
Körpers aus. Elektrische Energie (Strom) wird somit in Form von Lageenergie gespeichert. Wird mehr
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Was sind Energiespeicher
und wofür brauchen wir sie?
GASTBEITRÄGE
Speicher in NRW
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REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
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Strom verbraucht als produziert, kann das Speichermedium Wasser durch einen Druckschacht wieder
in das Unterbecken geleitet werden. Dabei treibt es Turbinen an, die mithilfe eines Generators die
Lageenergie in Strom umwandeln.
Pumpspeicherkraftwerke werden aktuell in Deutschland eingesetzt, um nachts nicht nachgefragte
Energie zu speichern und damit Spitzenzeiten am Tag aufzufangen. Außerdem eignen sich Pumpspeicher dafür, bei Stromausfällen das Stromnetz wieder aufzubauen, da für ihren Betrieb keine externe
Energiequelle benötigt wird.
Die Technologie gilt als ausgereift und der Wirkungsgrad ist mit 65 bis 85 Prozent vergleichsweise hoch. Die speziellen topografischen Voraussetzungen (große Flächen mit einem ausreichenden
Höhenunterschied) lassen in Deutschland nur wenige nutzbare Standorte zu, ein starker Ausbau ist
folglich nicht zu erwarten. Entwicklungspotential ist bei bestehenden Anlagen zum Beispiel durch den
Bau zusätzlicher Turbinen und Röhren möglich. Darüber hinaus wird die Nutzung alter Bergwerke als
Pumpspeicherkraftwerke wissenschaftlich untersucht.
Wirkungsgrad: 65 bis 85 Prozent
Mehr über Pumpspeicherkraftwerke in folgenden Gastbeiträgen:
• Stadtwerke planen Speicher für die Zukunft, Trianel (Seite 43),
• Pumpspeicherkraftwerke und ihre Rolle für die Energiewende, RWE Generation (Seite 44),
• Nachfolgenutzung von Bergbauinfrastruktur im Ruhrrevier für untertägige Pumpspeicherkraftwerke, Universität Duisburg-Essen (Seite 45)
Druckluftspeicher werden im Gegensatz zu Pumpspeichern bisher kaum genutzt. In Deutschland und
den USA befinden sich die einzigen beiden Anlagen dieser Art. Ein Druckluftspeicher, auch compressed air energy storage (CAES) genannt, speichert Energie mittels Kompressor in Form von verdichteter,
gekühlter Luft in einem dichten Behältnis. Diese verdichtete Luft wird bei Bedarf erwärmt und auf Turbinen geleitet, welche wiederum Strom erzeugen. Die bisher vorhandenen Anlagen speichern Luft in
unterirdischen Hohlräumen. Der Wirkungsgrad ist mit 40 und 54 Prozent bei den Anlagen in Deutschland und den USA noch recht gering, da der Prozess der Luftkühlung und der Wiedererwärmung viel
Energie benötigt. Die Forschung konzentriert sich deshalb zurzeit auf die Entwicklung von wärmedichten CAES-Kraftwerken, die die bei der Luftverdichtung entstehende Wärme zwischenspeichern. So
soll in Zukunft ein Wirkungsgrad von bis zu 70 Prozent erreicht werden.
Wirkungsgrad: 40 und 54 Prozent für die beiden bisher in Betrieb genommenen Anlagen
Mehr über Druckluftspeicher in NRW in folgendem Gastbeitrag:
• Projektidee Energiespeicher Niederrhein, Energiespeicher Niederrhein (Seite 46)
Beim Schwungmassenspeicher versetzt elektrische Energie über einen Elektromotor ein Schwungrad
in Rotation. Wenn keine elektrische Energie mehr zur Verfügung steht oder das Schwungrad seine
maximale Rotationsgeschwindigkeit erreicht hat, treibt der Elektromotor das Schwungrad nicht weiter
an. Das Schwungrad rotiert trotzdem weiter, da die elektrische Energie nun in Form von Rotationsenergie vorliegt. Dieses Prinzip ist vergleichbar mit dem manuellen Antrieb einer Töpferscheibe. Auch
hier dreht sich die Scheibe nach Anschub lange weiter, da die Muskelkraft als Rotationskraft gespeichert wurde. Anders als bei der Töpferscheibe aber kann bei zusätzlichem Strombedarf die elektrische
Energie im Schwungmassenspeicher zurückgewonnen werden. Das noch rotierende Schwungrad
treibt dabei einen Generator an, der Strom produziert. Schwungmassenspeicher entladen sich deutlich
schneller als andere Speicher. Sie sind deshalb vor allem auf den Einsatz im Sekunden- und Minutenbereich beschränkt, können aber gerade dadurch effektiv für den Ausgleich von Spannungsschwankungen eingesetzt werden. Zudem erreichen sie einen Wirkungsgrad von 80 bis 95 Prozent. Nachteil
des Schwungmassenspeichers ist die schnelle Selbstentladung. Um Reibungsverluste zu vermindern,
wird derzeit an Gewicht und Größe des Rotors sowie am Material geforscht.
Wirkungsgrad: 80 bis 95 Prozent
Mehr über Schwungmassenspeicher in folgendem Gastbeitrag:
• Stornetic Schwungradenergiespeicher, Stornetic (Seite 42)
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Bei Latentwärmespeichern findet im Gegensatz zu sensiblen Wärmespeichern ein Phasenübergang,
also ein Wandel des Aggregatzustandes, statt. Der Aggregatzustand eines Speichermediums kann
fest, flüssig oder gasförmig sein. Beim Kochen von Wasser ändert sich zum Beispiel der Aggregatzustand des Wassers von flüssig zu gasförmig, Wasserdampf entsteht. Da die Energiezufuhr bei
Schmelz- oder Verdampfungsprozessen nicht mit einer höheren Temperatur einhergeht, spricht man
von latenter Wärme und nicht von fühlbarer oder sensibler Wärme. Im Vergleich zu sensiblen Wärmespeichern kann die 10- bis 20-fache Energiedichte in einem bestimmten Volumen erreicht und somit
mehr Energie im gleichen Volumen gespeichert werden. Viele Latentwärmespeicher haben in den
vergangenen Jahren die Marktreife erreicht. Ihre Entwicklung steht allerdings immer noch im Fokus
der Forschung, um kompaktere Speicher zu ermöglichen. Der Nachteil von latenten Wärmespeichern
gegenüber sensiblen sind die höheren Kosten.
Wirkungsgrad: Bis zu 90 Prozent
Mehr über Wärmespeicher in folgendem Gastbeitrag:
• Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“?, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Seite 26)
Thermochemische Speicher speichern Wärme durch chemische Reaktionen. Wärme wird in chemische Verbindungen umgewandelt. Ein Beispiel für thermochemische Systeme ist der Sorptionsspeicher.
Hierfür kommen unter anderem Kieselgele als Speichermedien in Frage. Sie können auf Grund ihrer
porösen Struktur und der damit verbundenen großen Oberfläche gut Wärme speichern. Um Wärme
zu speichern, muss das Kieselgel durch Wärmezufuhr getrocknet werden, so dass sich Wasserdampf
aus ihnen löst. Wird das Kieselgel belüftet, nimmt es Wasserdampf aus der Umgebung auf und lagert
sich an der Oberfläche des Kieselgels an. Hierbei wird die gespeicherte Wärme wieder freigesetzt.
Thermochemische Speichersysteme haben gegenüber sensiblen und latenten Wärmespeichern die
Vorteile einer höheren Speicherkapazität und einen höheren Wirkungsgrad.
Wirkungsgrad: Bis zu 90 Prozent
Mehr über thermochemische Speicher in folgenden Gastbeiträgen:
• Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“?, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Seite 26)
• Chemische Wärmespeicherung, IUTA (Seite 28)
Elektrochemische Speicher
Diese Art von Speicher bezeichnet Akkumulatoren (kurz: Akkus) und Batterien. Akkus und Batterien
haben spezifische Vor- und Nachteile. So können Akkus wieder aufgeladen werden, haben im Vergleich zu Batterien aber eine weitaus größere Selbstentladungsrate, die zu Energieverlusten führt. Beide bestehen aus einem Behältnis, zwei Elektroden aus unterschiedlichen Materialien, einem flüssigem
Elektrolyt sowie einer Membran, die als Trennung zwischen negativ und positiv geladener Elektrode
dient. Beim Ladevorgang eines solchen Speichers wird Strom, über chemische Reaktionen in Form
einer chemischen Verbindung gespeichert, zum Beispiel als Lithium-Eisen-Phosphat. Der Entladevorgang geschieht durch eine Rückumwandlung von chemischer Energie zu Strom. Das beschriebene
Prinzip lässt sich mit verschiedenen Materialien durchführen. Es gibt zahlreiche Batteriematerialien, die
im Folgenden erläutert werden.
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Wärmespeicher lassen sich in zwei Unterkategorien unterscheiden: Sensible und Latentwärmespeicher. Sensible Wärmespeicher sind die häufigsten thermischen Speicher. Sie verändern bei Be- und
Entladung die fühlbare Temperatur des eingesetzten Speichermediums, häufig ist dies Wasser. Bei der
Beladung wird diesem Speichermedium Wärme zugeführt, bei der Entladung entzogen. Bei dieser
Speichertechnologie wird also die Temperaturspanne zur Speicherung genutzt. Anwendung finden
solche Speicher häufig im Gebäude- oder Industriebereich, wo Warmwasser- und Dampfspeicher für
den Haushalt und als Prozesswärme genutzt werden.
GASTBEITRÄGE
Thermische und thermochemische Speicher
AUSSTELLUNG
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SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
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Die Energiespeicherung bei Blei-Säure-Akkumulatoren findet mithilfe von Elektroden aus Blei und
Bleidioxid sowie Schwefelsäure als Elektrolyt statt. Die schon lang bekannte Technologie ist heutzutage Standard in vielen Bereichen: Starterakkus für Autos, stationäre Solarakkus für netzautarke Photovoltaikanlagen und die Notstromversorgung bei Störungen im Stromnetz. Weiterentwicklungspotential besteht trotz Konkurrenz durch die Lithium-Ionen-Technologie, insbesondere die Nutzungsdauer
von Blei-Säure-Batterien soll erhöht werden.
Wirkungsgrad: 65 bis 90 Prozent
Mehr über Blei-Säure-Akkumulatoren in folgendem Gastbeitrag:
• Projekt M5BAT – Erprobung stationärer Energiespeicher, PGS - Institute for Power Generation and
Storage Systems und E.ON Energy Research Center (E.ON ERC) (Seite 37)
Lithium-Ionen-Akkumulatoren gibt es in acht verschieden einsatzbaren Varianten, die sich durch die
Verwendung von unterschiedlichen Lithium-Metalloxiden voneinander unterscheiden. Je nach Bedarf
können die Eigenschaften dieser Akkus durch verschiedene Materialkombinationen optimiert werden.
Ein Lithium-Ionen-Akku erzeugt die elektromotorische Kraft durch die Verschiebung von Lithium-Ionen. Beim Ladevorgang wandern positiv geladene Lithium-Ionen durch einen Elektrolyt von der positiven zur negativen Elektrode. Genauso, wie Blei-Säure-Batterien, sind Lithium-Ionen-Akkumulatoren
sowohl mobil als auch stationär einsetzbar. Im Alltag finden sie sich in vielen tragbaren Geräten wie
Smartphones, Tablets und Laptops wieder. Aber auch große Systemlösungen wie Batteriespeicherkraftwerke zur Energiereserve und Frequenzstabilisierung können mit der Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgestattet werden.
Wirkungsgrad: 90 bis 95 Prozent
Mehr über Lithium-Ionen-Akkumulatoren in folgenden Gastbeiträgen:
• Where science meets industry, MEET (Seite 35)
• Energiespeicherung – Ein vielfältiges Thema, TH Köln CIRE (Seite 36)
• Projekt M5BAT – Erprobung stationärer Energiespeicher, PGS - Institute for Power Generation and
Storage Systems und E.ON Energy Research Center (E.ON ERC) (Seite 37)
• Energiespeicher-Forschungsprojekte, PEM der RWTH Aachen (Seite 38)
• DESIREE – Defektspinelle als Hochenergie und Hochleistungsmaterialien zur elektrochemischen
Energiespeicherung, FZ Jülich (Seite 39)
Redox-Flow-Batterien speichern Energie anders als herkömmliche Batterien in externen Tanks. Die
Energieumwandlungseinheit und das energiespeichernde Material sind voneinander getrennt. Dies hat
den entscheidenden Vorteil, dass das Speichermedium einfach zu dimensionieren ist und somit unterschiedliche Größen zur Verfügung stehen. Auch große Batterieanlagen können problemlos mit der
Redox-Flow-Technik ausgestattet werden.
Redox-Flow-Batterien sind hocheffizient und mit über 10.000 Ladezyklen langlebiger als gewöhnliche
Batterien. Aufgrund des Speicherprinzips mit externen Tanks lässt sich die Leistung unabhängig von
der Kapazität skalieren. Die Redox-Flow-Batterie kann je nach Baugröße und Typ Leistungen von einigen 100 Watt bis zu mehreren Megawatt bereitstellen, hat einen Wirkungsgrad von 70 bis 80 Prozent
und eine geringe Selbstentladung. Zudem hat sie eine hohe Standzeit weil das Elektrodenmaterial bei
der Reaktion des Elektrolyten selber chemisch nicht reagiert und damit nicht degeneriert.
Wirkungsgrad: 70 bis 80 Prozent
Mehr über Redox-Flow-Batterien in folgenden Gastbeiträgen:
• Innovative Speicher für die Zukunft, ThyssenKrupp Industrial Solutions und ThyssenKrupp Uhde
Chlorine Engineers (Seite 25)
• Redox-Flow-Batterien (0,2 - 2 MW), Fraunhofer UMSICHT (Seite 40)
• Redox-Flow-Batterien (0,5 - 6 kW), VOLTERION (Seite 41)
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Mehr über Power-to-Gas-Technologien in folgenden Gastbeiträgen:
• Innovative Speicher für die Zukunft, ThyssenKrupp Industrial Solutions und ThyssenKrupp Uhde
Chlorine Engineers (Seite 25)
• Chemische Wasserstoffspeicherung, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (Seite 29)
• Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“, Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (Seite 30)
• Versuchsplattform für Energiespeicher, h2herten Anwender-Zentrum GmbH (Seite 32)
• Kommunale Kläranlagen als Regelbaustein im Energienetz, Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH (Seite 33)
• Biomethanisierung von CO2 und H2 durch methanogene Archaeen, Institut NOWUM-Energy
(Seite 34)
Eine weitere Power-to-X-Technologie ist Power-to-Heat, die Verwertung von Stromüberschüssen zur
Erzeugung von Wärme. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe eines Elektrokessels, der wie ein großer
Tauchsieder Wasser erhitzt. Die in Wärme umgewandelte Energie kann zum Beispiel für Heizungsanlagen und Warmwasserbereitung genutzt werden und dort den Einsatz fossiler Energieträger wie Erdgas
und Heizöl verringern. Grundsätzlich hat die Erzeugung von Elektrowärme den Nachteil, dass zwar
praktisch keine Energie ungenutzt bleibt, aber hochwertige elektrische Energie (Strom) in eine wesentlich niederwertigere Energieform (Wärme) umgewandelt wird. In einem zukünftigen Stromsystem, das
auf Erneuerbaren Energien basiert und in dem zu gewissen Zeiten mehr Strom erzeugt als verbraucht
oder anderweitig gespeichert wird, kann dieser Nachteil durch intelligenten Einsatz dieser Technologie
zum Vorteil werden. Denn durch die Nutzung von Power-To-Heat kann anderweitig nicht verwendba-
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Power-to-Gas-Technologien (deutsch: Strom zu Gas) ermöglichen die Speicherung von Strom in Gas
(Wasserstoff oder Methan) durch Elektrolyse. In diesem Fall wird mithilfe von Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der gewonnene Wasserstoff kann zum Beispiel in Tanks gespeichert
werden. Aber auch Salzkavernen oder ausgeschöpfte Erdgasförderstellen unter Tage werden zurzeit
als Lagerstätten für große Mengen Wasserstoff erforscht. Kleinere Mengen können auch ins Erdgasnetz eingespeist werden.
Die Rückverstromung von Wasserstoff kann bei Bedarf in Gaskraftwerken, Brennstoffzellen oder Verbrennungsmotoren erfolgen. Die Anwendung vieler Power-to-Gas-Techniken befindet sich allerdings
noch im Forschungsstadium. Viele in diesem Bereich Forschende streben eine Markteinführung des
Power-to-Gas-Verfahrens bis zum Jahr 2022 an. Wie bei vielen anderen Verstromungstechniken kann
durch Kraft-Wärme-Kopplung die bei der Rückverstromung entstehende Wärme genutzt werden. So
steigt der Wirkungsgrad der Technologie auf bis zu 70 Prozent.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Kohlenstoffdioxid einzusetzen, um den gewonnenen Wasserstoff zu Methan umzuwandeln. Dieses kann entweder direkt in das Erdgasnetz eingespeist oder
erneut gespeichert werden. Zur Rückgewinnung kann das Methan in Gaskraftwerken verstromt werden.
Ein Nachteil ist, dass bei der Umwandlung zu Wasserstoff, hohe sicherheitstechnische Anforderungen
erfüllt werden müssen, da Wasserstoff in Kontakt mit Luft ein hochexplosives Knallgas bildet.
Power-to-Gas wird allerdings aufgrund des relativ frühen Forschungsstadiums und des geplanten
Ausbaus der Erneuerbaren Energien noch viel Potential für die zukünftige Versorgungssicherheit zugeschrieben. Besonders für die Langzeitspeicherung gilt dieses Verfahren als wichtige Option.
Wirkungsgrad:
• Wasserstoff-Elektrolyse: 70 bis 80 Prozent
• Mit anschließender Rückverstromung: 20 bis 40 Prozent
• Mit anschließender Rückverstromung und Kraft-Wärme-Kopplung: Bis zu 70 Prozent
• Wasserstoff-Elektrolyse und Methanisierung ohne Rückverstromung: 50 bis 55 Prozent
GASTBEITRÄGE
Power-to-x-Technologien
AUSSTELLUNG
13
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
14
rer Erneuerbarer Strom eine sinnvolle Verwendung finden.
Wirkungsgrad: 75 bis fast 100 Prozent
Mehr über Power-To-Heat-Technologien Gastbeiträgen:
• TESS – Thermischer Speicher für die Energiewende, Solar-Institut Jülich (Seite 27)
• Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“, Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (Seite 30)
• Power to Heat – Gewusst wie!, Stadtwerke Lemgo (Seite 31)
Lastmanagement
Lastmanagement (häufig auch Demand-Side-Management oder virtuelle Batterie genannt) bedeutet die Stromnachfrage bei Großverbrauchern wie Industriebetrieben flexibel zu steuern und an der
Erzeugung zu orientieren. So kann beispielsweise die Aluminium- oder Chlorproduktion kurzzeitig unterbrochen oder gesteigert werden, um die Nachfrage nach Strom zu senken oder zu erhöhen. Nicht
nur verbraucherbedingte Schwankungen, sondern auch meteorologisch bedingte Schwankungen bei
der Stromerzeugung aus Sonnen- und Windenergie werden so kompensiert. Elektrisch betriebene
Anlagen können insbesondere dann flexibel betrieben werden, wenn Zwischenspeicher innerhalb
eines Prozesses zeitliche Verschiebungen der Produktion auffangen können. Besonders energieintensive Unternehmen werden so in unsere Netzstruktur integriert und können dabei helfen, unser Netz
zu stabilisieren. Aber auch Haushalte können zukünftig als „virtuelle Großverbraucher“ funktionieren,
indem sie Teil eines so genannten SmartGrids (deutsch: intelligentes Netz) werden. Flexibel einsetzbare Haushaltsgeräte, wie Kühlgeräte oder Wäschetrockner könnten so in ein intelligentes System integriert werden. Im Haushalt der Zukunft könnten diese je nach Stromverfügbarkeit durch selbstständige
Steuerung ein effizientes Energiemanagement betreiben. Aktuell ist das Potential jedoch noch gering,
da die Haushaltsgeräte für diese Anwendung ausgerüstet sein müssen. Zudem müssen Herausforderungen bei der Anwenderfreundlichkeit und beim Datenschutz gelöst werden.
Mehr über Lastmanagement in folgenden Gastbeiträgen:
• Aluminiumelektrolyse als ‘Virtuelle Batterie‘, TRIMET Aluminium SE (Seite )
• Intelligente Haushaltsgeräte als virtuelle Großverbraucher, Universität Paderborn (Seite )
Zum Weiterlesen und verwendete Quellen:
• Cluster EnergieForschung.NRW: www.cef.nrw.de
• EnergieAgentur.NRW: www.energieagentur.nrw.de/netze/speicher1
• Energiespeicher – Innovative Technologien aus Nordrhein-Westfalen Informationsbroschüre des
Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen
• Förderinitiative Energiespeicher des BMWi: www.forschung-energiespeicher.info
• Deutsche Energie-Agentur:
• www.effiziente-energiesysteme.de/themen/lastmanagement/einleitung.html
• www.pumpspeicher.info/
• www.powertogas.info/
• Energy Storage Association: www.energystorage.org
• Redox-Flow-Batterie, Informationsbroschüre des Fraunhofer Instituts für Chemische Technologie
ICT
• RP-Energie-Lexikon: www.energie-lexikon.info
• www.StromSpeicher.eu
• Riegel, Bernhard. Elektrochemische Energiespeicher als Schlüsseltechnologie zur Erreichung der
Klimaschutzziele, erschienen in: Solarzeitalter 1 (2011)
• Thess, André et al, Institut für Technische Thermodynamik, Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt (DLR) Herausforderung Wärmespeicher, erschienen in: Physik Journal 14 (2015), Nr. 2
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Quaschning
Prof. Dr. Volker Quaschning ist habilitierter Ingenieurwissenschaftler und
Professor für Regenerative Energiesysteme. Seit dem Jahr 2004 lehrt und
forscht er an der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW in Berlin und
ist dort Sprecher des Studiengangs Regenerative Energien. Schon während
seines Studiums an der TU Karlsruhe und TU Berlin bestimmten die Themen Umwelt- und Klimaschutz. So promovierte er über „Simulation von
Abschattungsverlusten bei solarelektrischen Systemen“ und habilitierte zum
Thema „Systemtechnik einer klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung
in Deutschland für das 21.Jahrhundert“. Bevor Prof. Dr. Quaschning dem
Ruf an die HTW Berlin folgte, arbeitete er im spanischen Almería beim als
Projektleiter Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Bereich Foto: HTW Berlin/Jennifer Weber
Simulation und Analyse von solarthermischen Kraftwerken. Auf Grund seiner
zahlreichen Publikationen, wie beispielsweise dem Fachbuch „Regenerative Energiesysteme“ oder der
aktuell vorgestellten Studie „Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende“ ist er auch international als Experte anerkannt.
Mehr über Prof. Dr. Quaschning und seine Arbeit erfahren Sie auf seiner Webseite
www.volker-quaschning.de.
Dr. Gerhard Hörpel
Dr. Gerhard Hörpel ist Mitbegründer und Direktor des MEET (Münster
Electrochemical Energy Technology) Batterieforschungszentrums an der
Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Darüber hinaus leitet er am
MEET das Kompetenzfeld „Zelltechnologie“, in dem sich ein Team aus
Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Techniker*innen der Optimierung von Prozessen zur Herstellung von Batteriezellen widmet. Zuvor
war er als Chemiker bei Evonik Industries tätig und entwickelte dort den
keramischen Separator SEPARION, verantwortete dessen Produktion sowie
dessen Markteinführung. Davor arbeitete er im In- und Ausland in Forschung, Produktion, Qualität und Business Development, nachdem er 1984
die Universitätsausbildung in Mainz mit einer Promotion in Polymerchemie
abgeschlossen hatte. Dr. Gerhard Hörpel ist an 40 Patenten, mehr als 25
wissenschaftlichen sowie einer Vielzahl von allgemeinen Publikationen beteiligt.
Erfahren Sie mehr über Dr. Gerhard Hörpel und das MEET-Institut auf folgender Internetseite: www.
uni-muenster.de/MEET
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Die Referenten und Referentinnen
GASTBEITRÄGE
ReferentInnen
AUSSTELLUNG
15
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
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Prof. Dr.-Ing. Johanna Myrzik
Prof. Dr.-Ing. Johanna Myrzik ist stellvertretende Leiterin des Instituts für
Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft an der Technischen
Universität Dortmund (TU Dortmund). Als Universitätsprofessorin lehrt und
forscht sie seit 2009 im Arbeitsgebiet Energieeffizienz der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik. Vor Ihrer Berufung an die TU Dortmund
war Prof. Myrzik zunächst Assistant Professor und zum Schluss Associate
Professor am Institut für „Electrical Power System“ der Technischen Universität Eindhoven, Niederlande. Ihre wissenschaftliche Laufbahn begann
sie als Stipendiatin des Landes Hessen zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses am Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V.
in Kassel, bevor sie am Institut für elektrische Energieversorgungstechnik
der Universität Gesamthochschule Kassel im Forschungsgebiet Stromrichterentwicklungen und Energieaufbereitung für modulare Photovoltaikanlagen arbeitete. Das von Frau
Prof. Dr.-Ing. Myrzik stellvertretend geleitete Institut sucht Lösungen für ein technisch lauffähiges und
nachhaltiges Elektrizitätssystem der Zukunft.
Erfahren Sie mehr zur Arbeit von Prof. Dr.-Ing. Johanna Myrzik auf der Webseite des Instituts für
Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft: www.ie3.tu-dortmund.de/cms/de/Institut/
Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner
Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner ist hauptamtlich Professor für Energiespeicher an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH
Regensburg) und einer der Leiter der Forschungsstelle für Energienetze und
Energiespeicher (FENES). Dort erforscht er neben der Lehre neue Energiespeicherkonzepte und führt Standortanalysen für Energiespeicher durch.
Er forscht auch über energiewirtschaftliche Themen wie die Integration
der Erneuerbaren Energien in kommunale und bundesweite Strukturen.
Außerdem erstellt er Energiesystemanalysen, Studien, Gutachten und so
genannte Energienutzungspläne. Prof. Dr.-Ing. Sterner ist bekannt für seine
Publikationen zum Thema Energiespeicher, insbesondere zur Thematik
von Power-to-Gas beziehungsweise Windgas.Zusammen mit Dr. Michael
Specht entwickelte und patentierte er Ende der 2000er Jahre das Speicherkonzept „Power-to-Gas“. Seine Doktorarbeit mit dem Titel „Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems“ war die erste wissenschaftliche Arbeit, die sich mit
Power-to-Gas und seiner Betrachtung in rein regenerativen Energiesystemen beschäftigte. Zusammen
mit Prof. Dr. Ingo Stadler veröffentlichte er im letzten Jahr das umfangreiche Standardwerk „Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration“, welches demnächst in der 2. deutschen Auflage und
auf Englisch erscheint. Er ist ebenfalls in vielfältiger Weise im Ehrenamt tätig, sei es in der Politik- und
Strategieberatung auf EU-, Bundes- und Landesebene oder im kirchlichen Bereich als Kirchenmusiker
und Vorsitzender der Landvolkshochschule Niederalteich.
Erfahren Sie mehr zu Prof. Dr. Sterner auf der Internetpräzens seiner Technischen Hochschule in Regensburg: www.othr.de/michael.sterner
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Mehr zu den Aktivitäten der ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH finden sie auf der Internetpräsenz des Unternehmens: www.thyssenkrupp-uhde-chlorine-engineers.com
Peter Knitsch ist seit 2013 Staatsekretär im Ministerium für Klimaschutz,
Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MKULNV) des
Landes Nordrhein-Westfalen. Knitsch studierte Rechtswissenschaften
an der Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und arbeitete nach seinem Zweiten Staatsexamen und von 2005 bis 2010 als Rechtsanwalt
mit Schwerpunkt Verwaltungsrecht. Von 2003 bis 2005 war Knitsch
Staatssekretär im Ministerium für Umwelt und Landwirtschaft in Schleswig-Holstein. Vor seiner Berufung zum Staatssekretär im MKULNV
NRW leitete er dort von 2010 bis 2013 die Abteilung für Verbraucherschutz. Zuvor war er Fraktionsgeschäftsführer der Grünen im Rat der
Stadt Erkrath. Darüber hinaus war er als Dozent für Umweltrecht bei
verschiedenen Organisationen wie der Handwerkskammer Düsseldorf
und dem Wissenschaftsladen Bonn tätig und publizierte zu Themen des
Umwelt- und Verbraucherschutzrechts.
AUSSTELLUNG
Staatssekretär Peter Knitsch
SPEICHER IN NRW
Dr. Gerhard Henßen ist Leiter der Projektabwicklung bei der ThyssenKrupp
Uhde Chlorine Engineers GmbH. Dort koordiniert er das Project und Engineering Management inklusive des Einkaufs. Als Koordinator der Taskforce „Business Development Future Technologies“ stimmt er die Aktivitäten im Bereich Vermarktung der Energiespeichervarianten Redox-Flow
Batterien und Wasserstoffelektrolyse zwischen der ThyssenKrupp Industrial
Solution Process Technologie und der ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH ab. Zuvor war er als Leiter der Verfahrenstechnik bei der
ThyssenKrupp Electrolysis GmbH und im Bereich Elektrolysen der ThyssenKrupp Uhde GmbH tätig. Er promovierte über Wärme- und Stoffintegration
an der RWTH Aachen.
REFERENT*INNEN
Dr. Gerhard Henßen
GASTBEITRÄGE
17
Foto: Florian Sander / MKULNV
Mehr zur Arbeit des MKULNV finden Sie auf der Internetpräzens des Ministeriums: www.umwelt.nrw.
de
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
18
Oliver Krischer MdB
Oliver Krischer ist seit 2009 Abgeordneter des Deutschen Bundestages und
seit 2013 stellvertretender Fraktionsvorsitzender für die Bereiche Umwelt,
Naturschutz, Reaktorsicherheit, Tierschutz, Klima, Energie, Nachhaltigkeit,
Bau, Wohnen und Stadtentwicklung, Verkehr, Agrarpolitik, Ernährung und
Tourismus. Nach dem Abitur und Zivildienst studierte er Biologie an der
RWTH Aachen und war von 1997 bis 2002 Mitarbeiter der Bundestagsabgeordneten Michaele Hustedt. Von 2002 bis 2009 arbeitete Oliver Krischer
als wissenschaftlicher Mitarbeiter der GRÜNEN Landtagsfraktion NRW im
Bereich Energie, Landwirtschaft und Landesplanung. Als Bundestagsabgeordneter war er von 2009 bis 2013 Sprecher der Grünen Bundestagsfraktion für Energiewirtschaft, bis er nach seiner Wiederwahl 2013 stellvertretender Fraktionsvorsitzender wurde.
Aktuelle Informationen über parlamentarische Initiativen und politische Aktivitäten sind auf seiner
Webseite zu finden: www.oliver-krischer.eu
AUSSTELLUNG
Prof. Dr. Dirk Uwe Sauer
Prof. Dr. Dirk Uwe Sauer ist Universitätsprofessor am Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen. Er studierte
Physik an der Universität Darmstadt und begann seine wissenschaftliche
Karriere mit seiner Diplomarbeit am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg im Jahr 1992. Im Jahr 2003 wurde Prof. Dr.
Sauer Juniorprofessor für „Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik“ an der RWTH Aachen, im Jahr 2009 wurde er dann
ordentlicher Professor an der RWTH Aachen. Sein Team besteht derzeit aus
etwa 70 Vollzeit-Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Techniker*innen, sowie rund 80 Studierenden, die an ihren Bachelor- und Masterarbeiten arbeiten oder als studentische Hilfskräfte tätig sind. Ein Schlüsselbereich
des wissenschaftlichen und technischen Arbeitens von Prof. Dr. Sauer ist die Speicherung von elektrischer Energie in mobilen und stationären Anwendungen. Er arbeitet hauptsächlich an Lithium-Ion-,
Blei-Säure-, NiCd- und NiMH-Batterien und Superkondensatoren, sowie Redox-Flow und NaNiCl2
(ZEBRA) Batterien.
Mehr zur Arbeit von Prof. Dr. Uwe Sauer und seinem Team finden Sie auf der Internetpräsenz des Instituts für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe der RWTH Aachen: www2.isea.rwth-aachen.de
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Oliver Krischer MdB
Ein vor 15 Jahren unvorstellbarer Anteil von heute 30 Prozent Erneuerbare Energien an der Stromerzeugung ist eine Grüne Erfolgsgeschichte, die weitergehen wird und muss. Wind und Sonne werden
die Säulen unserer Energieversorgung. Darauf müssen wir das System einstellen. Zum Ausgleich der
schwankenden Erzeugung brauchen wir Flexibilität – in Form von regelbarer Erzeugung wie z. B.
KWK, Netzausbau, Lastmanagement und Speicher – aber auch durch den Verbund von Strom, Wärme und Mobilität.
Speicher müssen dort einspringen, wo die Netze einen Ausgleich nicht mehr erzielen können. Deshalb kann eine Energiewende ohne Energiespeicher am Ende nicht gelingen. Im derzeitigen Stadium
der Energiewende sind andere Flexibilitätsoptionen zumeist noch günstiger, aber das Bild ändert sich
durch den steigenden Bedarf an Flexibilität und einer rasanten Technologieentwicklung bei Speichern.
Deshalb dürfen wir die Entwicklung von Speichertechnologien nicht verschlafen. Aufgabe der Politik
ist es, systemdienliche Speicher zu ermöglichen statt zu verhindern.
Speicher müssen flexibel, ökologisch, systemdienlich und bezahlbar sein. Deshalb wollen wir Grünen
die Forschung und Entwicklung von Speichertechnologien wie Power-to-Gas gezielt fördern. Speicher
müssen ohne jede Diskriminierung an den Regelenergiemärkten teilnehmen können. Eine einseitige
Fixierung im Strommarktdesign auf fossile Großkraftwerke muss ein Ende haben. Wichtig ist, dass die
Rolle der Speicher klar definiert wird. Speicher dürfen künftig nicht mehr als Letztverbraucher gelten,
denn Umlagen und Entgelte in voller Höhe machen sie trotz systemstabilisierender Wirkung unwirtschaftlich.
Ähnlich wie bei den Erneuerbaren Energien entwickelt die Speichertechnologie ihre Dynamik nicht
durch Großprojekte, sondern durch Bürgerenergie. Die Kopplung von Speichern mit dezentraler
Erneuerbarer Erzeugung hat ein riesiges Potential. Das gilt es zu heben, statt es - wie die Bundesregierung mit Strafsteuern wie der EEG-Umlage auf Eigenverbrauch und immer neuer bürokratische Hürden - abzuwürgen. Ziel muss es sein, vor allem durch eine Reform der Netzentgelte, Eigenerzeugung
und Speicherung zu ermöglichen und systemdienlich ohne Endsolidarisierung ins Netz einzufügen.
Klarheit brauchen wir auch zur Zukunft des PV-Speicherfördergramms. Das steht vor dem Aus, obwohl immer mehr Solaranlagenbesitzer davon Gebrauch machen. Es ist absurd: Die Bundesregierung
hat Milliarden für Braunkohlesubventionen, nicht aber für notwendige Zukunftstechnologien wie
innovative Solar-Speicher. Nach dem Niedergang der Solarindustrie droht Deutschland nämlich gerade
auch noch den Anschluss bei Speichertechnologie zu verlieren. Das darf nicht sein.
Oliver Krischer MdB
Stellvertretender Fraktionsvorsitzender
Fraktion Bündnis 90/Die Grünen
Deutscher Bundestag
Platz der Republik 1
11011 Berlin
www.oliver-krischer.eu
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Speicher ermöglichen statt verhindern
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
19
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Gastbeitrag
Netzwerk Netze und Speicher NRW
Vernetzung und Austausch von Informationen
EnergieAgentur.NRW
Die EnergieAgentur.NRW übernimmt im Auftrag der Landesregierung eine zentrale Vernetzungsfunktion. Sie ist Mittlerin zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und Politik. In ihrem Netzwerk Netze und
Speicher NRW bündelt sie Kompetenzen auf dem Gebiet der Stromspeicherung sowie der Elektrizitätsnetze, stellt Informationen bereit und richtet Veranstaltungen zu diesem Thema aus. Das Netzwerk
ist auch zuständig für die Begleitung der technischen Einschätzung von Speichertechnologien sowie
deren Marktintegration.
Auf dem Portal www.energieagentur.nrw.de/netze/ präsentiert das Netzwerk Informationen rund um
die neuesten Entwicklungen im Bereich der Speicher- und Netztechnologien. Insbesondere werden
hier Zukunftsprojekte vor- und relevante Studien, Gesetzestexte, Regelwerke und Förderprogramme
zur Verfügung gestellt. Aktuelle Veranstaltungshinweise runden zudem das Angebot ab.
AUSSTELLUNG
GASTBEITRÄGE
20
Stefan Prott
Leiter Netzwerk Netze und Speicher NRW
Telefon: +49 2945 989-189
[email protected]
Julian Deymann
Netzwerk Netze und Speicher NRW
Telefon: +49 211 86642-271
[email protected]
Jennifer Friedrich
Netzwerk Netze und Speicher NRW
Kommunikation
Telefon: +49 211 86642-211
[email protected]
Andreas Hothan
Netzwerk Netze und Speicher NRW
Telefon: +49 211 86642-248
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Wuppertal Institut
Verschiedene Szenarien zeigen, dass ein europäisches Stromsystem mit sehr hohem Anteil Erneuerbarer Energien (>80%) technisch machbar ist. Doch welche Flexibilitätsoptionen sind notwendig um die
Versorgungssicherheit zu gewährleisten und wie beeinflussen sich Technologien wie Speicher, Übertragungsnetz und Demand Side Management gegenseitig?
Diese und weitere Fragen werden in dem aktuellen Forschungsvorhaben RESTORE 2050 von NEXT
ENERGY, der Universität Oldenburg und dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie untersucht. Ziel dieses dreijährigen Vorhabens, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung
gefördert wird, ist die Generierung belastbarer Handlungsempfehlungen für eine zielorientierte politische Steuerung der Transformation des deutschen Stromsystems im europäischen Kontext.
Auf Basis bestehender Zukunftsszenarien für Europa, in denen die Stromerzeugung im Jahr 2050
nahezu vollständig aus erneuerbaren Energien stammt, werden Einsatz und Nutzen unterschiedlicher
Ausbauzustände der o. g. Flexibilitätsoptionen durch stündlich aufgelöste Jahressimulationen quantifiziert und deren Wechselwirkungen analysiert.
Das im Rahmen des Projektes entwickelte Optimierungsmodell setzt Speicher, Netz und sektorale
DSM-Maßnahmen (u.a. im Wärme- und Mobilitätssektor) in den Simulationen so ein, dass die Erneuerbare Deckungsrate maximiert wird. Mit einer Datenbasis von Last- und Einspeisezeitreihen für 10
Wetterjahre und insgesamt 32 Länder, können Aussagen über die Eignung der jeweiligen Optionen
in Abhängigkeit regionaler Parameter wie Energiedargebot und -nachfrage abgeleitet werden. Für
jede der Technologieoptionen wurden mögliche Ausbaukorridore bestimmt, welche sowohl durch den
Mindestausbau bis 2050 als auch durch das maximale technische Potential begrenzt werden. Durch
zugeschnittene Simulationsläufe werden Antworten auf die zahlreichen Forschungsfragen gesucht.
Diese und die bereits abgeschlossenen Arbeiten (Meta-Analyse europäische Zukunftsszenarien,
Potentialanalyse Technologien) werden auf der Homepage der Förderinitiative Energiespeicher veröffentlicht. Derzeit befindet sich das Projekt in der Endphase der Simulationsrechnungen. Die Ergebnisse
werden im März 2016 auf einem Expertenworkshop zur Diskussion gestellt.
Frank Merten
Wuppertal Institute for Climate,
Environment and Energy
Research Group 1 - Future Energy
& Mobility Structures
Döppersberg 19
42103 Wuppertal
Tel.: +49 202 2492-126
Fax: +49 202 2492-198
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Regenerative Stromversorgung
und Flexibilitätsbedarf in Europa 2050
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
21
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
22
Gastbeitrag
Aluminiumelektrolyse als ‘Virtuelle Batterie‘
Heribert Hauck – TRIMET Aluminium SE
Primäres Aluminium wird mithilfe von Strom in einem Elektrolyseverfahren gewonnen. Dabei geht der
größte Teil der hierfür eingesetzten Energie nicht verloren, sondern wird im Aluminium gespeichert.
Seit Erfindung dieser Technologie im Jahre 1886 ist jedoch eine absolut gleichbleibende Energiezufuhr
der wichtigste Garant für einen stabilen und energieeffizienten Produktionsprozess. Im Rahmen eines
Pilotvorhabens konnte die TRIMET in Zusammenarbeit mit der Bergischen Universität Wuppertal diese
Randbedingung erstmals überwinden und den Prozess für eine flexible Energiezufuhr öffnen. Dafür
wurden bei TRIMET und der BUW mit den Instituten für Automatisierungstechnik, Werkstofftechnik
und Strömungsmechanik die notwendigen Grundlagen experimentell erforscht und durch Simulationsarbeit unterstützt. Die Erkenntnisse wurden bei TRIMET in Essen unmittelbar an einer Pilotanlage
in die Praxis umgesetzt. Die dadurch erzielte Flexibilisierung des Prozesses ermöglicht die Nutzung der
Aluminiumelektrolyse als virtuelle Batterie mit einer perspektivischen Speicherkapazität von ca. 3400
MWh. Ein Umbau aller nationalen TRIMET Werke erhöht die Gesamtspeicherkapazität in Deutschland um 20%. Mit Hilfe des somit zur Verfügung gestellten Stromspeichers wird die Integration volatiler erneuerbarer Energiequellen wie Wind und PV in das deutsche Stromnetz bei gleichzeitiger Erhaltung der Versorgungssicherheit umweltfreundlich, kostengünstig und strukturverträglich unterstützt.
Damit leisten die TRIMET-Aluminiumhütten einen wertvollen Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der
Energiewende.
Speicherkapazität der bei Umsetzung der ‘Virtuellen Batterie‘
an allen deutschen TRIMET-Standorten
Produktionsstandort
Speicherleistung
Speicherkapazität
Essen
+/- 70 MW
3360 MWh
Voerde
+/- 40 MW
1920 MWh
Hamburg
+/- 55 MW
2640 MWh
Gesamt
+/- 165 MW
7,920 GWh
Heribert Hauck
TRIMET Aluminium SE
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Kompetenzzentrum für nachhaltige Energietechnik, Universität Paderborn
Die Stromversorgung in Deutschland wird derzeit durch wenige, leistungsstarke Kraftwerke gewährleistet. Deren Stromproduktion passt sich über den Tag an den schwankenden Verbrauch an. Durch
den steigenden Anteil regenerativer Energien ist die Energiegewinnung jedoch immer schwerer zu
steuern. Stromüberproduktionen bzw. -engpässe sind mögliche Folgen. Daher muss sich künftig die
Nachfrage an das schwankende Angebot anpassen. Dies erfolgt durch intelligente Stromnetze, sogenannte SmartGrids, die Energieerzeuger und -verbraucher vernetzen und eine Synchronisation von
Angebot und Nachfrage ermöglichen. Dafür werden Verbraucher benötigt, die gezielt angesteuert
werden können. Neben großen steuerbaren Verbrauchern können dazu auch viele kleinere Verbraucher zum virtuellen Großverbraucher zusammengeschaltet werden.
Noch fehlen solche Verbraucher, die auf die dynamischen Rahmenbedingungen in SmartGrids reagieren können. Hier stellen auch Haushaltsgeräte ein interessantes Potential dar. Im Rahmen eines von
der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projekts wurden deshalb gemeinsam mit
dem Industriepartner Miele & Cie. KG sogenannte Phasenwechselmaterialien für die Integration in
Haushaltskühl- und -gefriergeräte entwickelt. Durch die große Anzahl im Markt und die Verwendung
dieses zusätzlichen „Kältespeichers“ kann so eine nennenswerte verschiebbare Last im elektrischen
Netz generiert werden, ohne dass es zu Komforteinbußen für den Nutzer kommt. Darüber hinaus
werden aktuell im Rahmen eines Innovationsprojekts des Spitzenclusters „it´s owl“ weitere flexible
Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Waschtrockner, entwickelt, die auf schwankende Stromverfügbarkeit und -preise reagieren und ihre Prozessabläufe selbständig anpassen.
Ziel dieser Projekte ist die Entwicklung eines innovativen Energiemanagementsystems für private
Haushalte, das stets das Optimum aus Energieverbrauch, Kosten und Zeit - automatisch und komfortabel für den Kunden - ermittelt. Dazu werden die Rahmenbedingungen eines SmartGrids, wie
unterschiedliche Stromverfügbarkeit und Tarife, modelliert, um ihre Auswirkungen auf den Betrieb
von Hausgeräten zu ermitteln. Darauf aufbauend wird eine Software für ein intelligentes Energiemanagement entwickelt, die eine Optimierung unterschiedlicher Ziele, wie Energieverbrauch, Kosten
und Komfort für die verschiedenen Geräte in einem Einfamilienhaus ermöglicht. Durch die Projekte
wird aufgezeigt, wie Hausgeräte auf die Rahmenbedingungen von SmartGrids reagieren und eigenständig ihr Energiemanagement optimieren können. Die Kombination von intelligenter Software mit
energieeffizienten Technologien, wie z.B. Wärmespeicher, soll neben den Netzdienstleistungen die
Energiekosten unter den Rahmenbedingungen zukünftiger Energienetze reduzieren und gleichzeitig
den Komfort für die Nutzer erhöhen. Die Ergebnisse können auf weitere Haushaltsgeräte sowie auf
komplexere Verbraucherstrukturen wie Mehrfamilienhäuser bis hin zu industriellen Betrieben übertragen werden.
Universität Paderborn
Pohlweg 55
D-33098 Paderborn
[email protected]
http://ket.uni-paderborn.de
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Intelligente Haushaltsgeräte
als virtuelle Großverbraucher
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
23
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
24
Gastbeitrag
Energiespeicher & Netze für Strom, Treibstoff
& Wärme – Ein systemübergreifender Ansatz
Dr. W.A. Benesch, STEAG Energy Services GmbH
Strom aus erneuerbaren Energien ist weltweit mehr und mehr gefragt. Allerdings können sie keine
8760 Stunden Strom im Jahr produzieren. Es gibt Minuten, Stunden und auch Tage, an denen der
Wind nicht ausreichend bläst und die Sonne nicht genügend scheint. Während in Deutschland z.B. in
der einen Stunde der gesamte Strombedarf aus Erneuerbaren gedeckt werden kann, gibt es andererseits noch Stunden und Tage, in denen andere Quellen genutzt werden müssen. Dies können sowohl
Speicher als auch konventionelle Kraftwerke sein. Gerade die Speichersysteme müssen technisch und
besonders wirtschaftlich weiter entwickelt werden.
In Zukunft wird ein mehr systemischer Ansatz gefragt sein. Verschiedene Stromerzeugungstechniken
und Speichersysteme müssen effizient, wirtschaftlich, hoch verfügbar und umweltfreundlich zusammenarbeiten. Dazu gehören Batterien, thermische Speicher aber auch die Methanolerzeugung.
Integrierte Ansätze und damit das Zusammenspiel verschiedener Systeme sind mehr und mehr gefragt. Ein Beispiel für einen solchen integrierten Ansatz stellt die Methanolproduktion in Verbindung
mit einem Kohlekraftwerk dar. Dieser Ansatz bietet die folgenden Vorteile:
• Nutzung indirekter Speichereffekte für Strom
• Möglichkeit der Nutzung von Strom aus Erneuerbaren aber auch
• von konventionellen Kraftwerken mit den Vorteilen der Kraft-Wärme-Kopplung
• Möglichkeit der Reduzierung der Mindestlast die ins Netz geht und damit schnelle Reaktionsmöglichkeit bei fehlenden Erneuerbaren Energien
• Reduzierte CO2 Emission durch Mehrfachnutzung des CO2
• Integration des Transportsektors und der energieintensiven Industrie sowie Hilfestellung bei der
Erreichung ihrer CO2 Reduktionsziele
STEAG Energy Services GmbH
Rüttenscheider Straße 1-3
45128 Essen
http://www.steag-energyservices.com/
Dr. Jürgen Fröhlich
Telefon: +49 201 801-4262
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
ThyssenKrupp Industrial Solutions und ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers
setzen auf Redox-Flow-Batterien und Wasserelektrolyse
Um zukünftig große Energiemengen aus erneuerbaren Ressourcen wie Wind und Sonne speichern
zu können, werden flexible Stromspeicher benötigt. ThyssenKrupp Industrial Solutions reagiert mit
seiner Business Unit Process Technologies und seiner Tochterfirma ThyssenKrupp Uhde Chlorine
Engineers gleich zweifach auf diesen wachsenden Markt: Aktuell durchgeführte Entwicklungen eines
kostenoptimierten Elektrolyseverfahrens zur Wasserstofferzeugung und die Weiterentwicklung der
Redox-Flow-Speichertechnik hin zum großtechnischen Maßstab im MW-/MWh-Bereich ergänzen sich
bei der Stromspeicherung hervorragend.
Redox-Flow-Batterien speichern den Strom als chemische Energie in zwei großen Tanks, in denen sich
elektrolytische Flüssigkeiten befinden. Die Vorteile der Redox-Flow-Technologie sind vielversprechend:
Neben einer separaten Skalierbarkeit von maximaler Leistung und gespeicherter Energiemenge, dem
modularen Aufbau und hohen Wirkungsgraden ist das System darüber hinaus nicht an geografische
Gegebenheiten gebunden. Es kann praktisch überall eingesetzt werden. Der Speicher kann schnell auf
Lastwechsel reagieren oder zwischen den Betriebsmodi Laden/Entladen wechseln. Somit ist er hervorragend für die kurzzeitige bis mittelfristige Speicherung von Strom geeignet.
Wasserelektrolyse ist der wesentliche Baustein für alle unter dem Sammelbegriff Power-to-X bekannten Speichertechnologien, in denen Elektrizität in chemische Speichermedien umgewandelt wird; ob
direkt als Wasserstoff, als synthetisches Erdgas, in flüssiger oder fester Form. Die Speichermöglichkeiten sind, auch durch die Interaktion mit dem Verkehrssektor, der Industrie und dem Erdgasnetz fast
unbegrenzt. Dabei setzt die Wasserelektrolyse als Ausgangsstoffe nur Wasser ein, das mittels elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.
Ab Mitte 2015 betreibt ThyssenKrupp Industrial Solutions an ihrem Forschungs- und Entwicklungsstandort in Ostwestfalen einen Redox-Flow-Speicher in Technikumsgröße und ThyssenKrupp Uhde
Chlorine Engineers an einem Standort in Süddeutschland eine Wasserelektrolysepilotanlage, später
folgt dann eine Demonstrationsanlage in Duisburg. Mit den Erkenntnissen aus dem Betrieb dieser
Anlagen sollen zukünftig noch größere Energiespeicher errichtet werden können. Die Energiewende
braucht solche Stromspeicher – wir entwickeln sie!
Mehr Informationen unter:
www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com und
www.thyssenkrupp-uhde-chlorine-engineers.com
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
[email protected]
Friedrich-Uhde-Str. 15, 44141 Dortmund, Germany
Telefon +49 231 547 0
Telefax +49 231 547 3032
ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers
Business Unit Process Technologies GmbH
[email protected]
Vosskuhle 38, 44141 Dortmund, Germany
Telefon +49 231 547 0
Telefax +49 231 547 2334
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Innovative Speicher für die Energiewende
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
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SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
26
Gastbeitrag
Welche Chancen bieten „Wärmespeicher“?
Dr. Thomas Bauer, Dr. Stefan Zunft, Dr. Marc Lindner, Dr. Antje Wörner
Deutsches Institut für Luft und Raumfahrt e.V. (DLR)
Thermische Energiespeicher – im Volksmund „Wärmespeicher“ – sind allgemein aus Anwendungen
wie Thermosflaschen, häusliche Warmwasserspeicher oder Nachtspeicheröfen bekannt. Verglichen
mit anderen Speichertechnologien weisen thermische Energiespeicher typischerweise Vorteile wie
niedrige Kosten, hohe Zyklenstabilitäten und hohe Wirkungsgrade auf. Es werden üblicherweise drei
Typen von Wärmespeichern unterschieden. Sensible Wärmespeicher beruhen darauf, ein Medium wie
Wasser oder Keramik zu erwärmen. Nutzt man einen Phasenübergang aus, handelt es sich um einen
Latentwärmespeicher. Thermochemische Speicher basieren auf reversiblen chemischen Reaktionen.
Im Hochtemperaturbereich werden verschiedene Technologien kommerziell eingesetzt:
1. Die sensible Wärmespeicherung in Feststoffen wie Keramik wird seit vielen Jahrzehnten in sogenannten Winderhitzer („Cowper“) für die Luftvorwärmung an Hochöfen genutzt
2. Sensible Wärmespeicher mit Flüssigkeiten setzen verschiedene Medien ein:
• Druckwasserspeicher werden seit vielen Jahrzehnten in der Prozessindustrie zur Dampfbereitstellung mit max. Temperaturen von ca. 250 °C eingesetzt.
• Flüssigsalzspeicher werden seit einigen Jahren in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt.
Derzeit sind Temperaturen im Bereich 150 °C bis 550 °C möglich.
Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am DLR haben das übergeordnete Ziel die Effizienz zu steigern
und die Kosten zu senken und beziehen sich auf die Verbesserung bestehender Speicherkonzepte
sowie die Entwicklung neuer Konzepte, wie z.B.:
• Die sensible Wärmespeicherung in Festoffen mit bewegten Partikeln und mit Naturstein
• Eintankkonzepte für Flüssigsalze und die Erweiterung des Temperaturbereichs
• Latentwärmespeicher demonstriert in der Dampfspeicheranwendung
• Thermochemischen Speicher mit dem Potential zur Langzeitspeicherung
Als Querschnittstechnologie können Hochtemperatur-Wärmespeicher in zahlreichen Anwendungen
eingesetzt werden. Beispiele sind die Bereiche Kraftwerkstechnik, Thermomanagement im Fahrzeug,
adiabate Druckluftspeicherung und Prozesswärme.
Die Arbeiten im CeraStorE-Gebäude in Köln fokussieren sich auf Flüssigsalzspeicher mit neuen
Eintankkonzepten und thermochemische Speicher mit gebranntem bzw. gelöschtem Kalk.
Kompetenzzentrum für keramische Materialien
und thermische Speichertechnologien in der
Energieforschung (CeraStorE®) in Köln
Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt e.V.
(DLR)
Institut für Technische Thermodynamik
Thermische Prozesstechnik, www.DLR.de/tt
Pfaffenwaldring 38-40, 70569 Stuttgart
Dr.-Ing. Antje Wörner, Abteilungsleiterin
Telefon 0711 6862 484
Linder Höhe, 51147 Köln
Dr. Thomas Bauer, Fachgruppenleiter
Telefon 02203 601 4094
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Prof. Dr.-Ing. Ulf Herrmann
Der Ausbau von Power-to-Heat Anwendungen zur Verbesserung der Flexibilität der bedarfsnahen
Bereitstellung von Wärme und Strom wird in Energiesystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien weiter an Bedeutung gewinnen. Bei bisherigen Power-to-Heat Technologien wird die Wärme auf
relativ niedrigem Temperaturniveau (bis ca. 115 °C) gespeichert und in Form von Fern- oder Prozesswärme genutzt. Hochwertige elektrische Energie wird dabei in niederwertige Wärme umgewandelt.
Im Gegensatz zum herkömmlichen Power-to-Heat Ansatz wird beim TESS-Konzept die Wärme auf
einem höheren Temperaturniveau gespeichert (500 – 1000°C) und kann damit in einem Wärmekraftprozess teilweise wieder rückverstromt werden. Der exergetische Wirkungsgrad des Power-to-Heat
Prozesses kann dadurch deutlich erhöht werden.
Das Solar-Institut Jülich (SIJ) entwickelt hierfür Komponenten, wie z.B. den Hochtemperaturspeicher,
und erstellt Gesamtkonzepte. So wird derzeit im Projekt I-TESS untersucht, inwieweit ein solches
Speicherkonzept an bereits existierender Infrastruktur konventioneller thermischer Kraftwerke angeschlossen werden kann. Dabei wird der bestehende Turbinensatz, der Generator sowie der vorhandene Anschluss an das Stromnetz des bestehenden Kraftwerks genutzt. Dadurch könnten sowohl die
spezifischen Speicherkosten reduziert werden, als auch durch das bedarfsgerechte Laden und Entladen
des thermischen Speichers die heute so geforderte Flexibilität bestehender Kraftwerke erhöht werden.
Zusätzlich könnte dadurch der Erhalt von Kraftwerksstandorten gesichert werden, auch wenn an diesen in Zukunft weniger fossile Brennstoffe verfeuert werden darf. Im Rahmen der Studie werden mit
Hilfe von Simulationsrechnungen sowohl die technische als auch die wirtschaftliche Machbarkeit des
Konzepts untersucht und Handlungsempfehlungen für Marktakteure formuliert. Das hier vorgestellte
Konzept wurde im beschriebenen Anwendungsfeld bisher noch nicht erforscht. Es handelt sich somit
um ein neuartiges Konzept mit hohem Umsetzungs- und ÜbertragbarkeitsPotential.
Prof. Dr.-Ing. Ulf Herrmann
Solar-Institut Jülich
FH Aachen
Heinrich-Mußmann-Str. 5
52428 Jülich
Tel: 0241 6009 53532
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
TESS - Thermischer Stromspeicher
für die Energiewende
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
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SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
28
Gastbeitrag
Chemische Wärmespeicherung
Dr. Stefan Peil
Das Institut für Energie- und Umwelttechnik IUTA e.V. ist mit rd. 130 Mitarbeitern eine im Bereich
der Energie- und Umwelttechnik anerkannte außeruniversitäre Forschungseinrichtung. Den Arbeitsschwerpunkt bilden anwendungsorientierte F&E-Projekte, bei denen gemeinsam mit Industriepartnern
wissenschaftliche Erkenntnisse in neue oder verbesserte Verfahren oder Produkte überführt werden.
Gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (MPI) führt das IUTA seit vielen Jahren
Entwicklungsprojekte auf dem Gebiet der chemischen Wasserstoffspeicherung und der chemischen
Wärmespeicherung durch. Als Speichermaterialien werden geeignete Metallhydride, das sind chemische Verbindungen zwischen Metallen und Wasserstoff, eingesetzt. Der gebundene Wasserstoff
kann einerseits durch Wärmezufuhr freigesetzt, andererseits aber vollständig unter Wärmefreisetzung
wieder gebunden werden. Damit eignen sich die Metallhydride gemäß folgenden allgemeinen chemischen Reaktionsgleichungen sowohl zur Wasserstoff- als auch zur Wärmespeicherung:
Die chemische Wärmespeicherung in Metallhydriden zeichnet sich im Vergleich zu den anderen, konventionellen Wärmespeicherarten durch eine sehr viel höhere Speicherdichte aus.
Einen ungefähren Vergleich der Speicherdichten zeigen folgende Werte:
Sensible Wärme
(z.B. Warmwasserspeicher) bis zu 100 Wh/kg Speichermaterial
Latente Wärme
(z.B. in „Handwärmern“)
bis zu 200 Wh/kg Speichermaterial
Chemische Wärme (z.B. in Metallhydriden)
bis zu 500 Wh/kg Speichermaterial
In einem aktuell durchgeführten Projekt wird ein Hochtemperatur-Wärmespeicher auf Basis des Speichermaterials Magnesiumeisenhydrid (Mg2FeH6) entwickelt, in dem Wärme bis zu einem Temperaturniveau von 550°C gespeichert werden kann.
Zielsetzung ist die Demonstration der prinzipiellen Umsetzbarkeit eines solchen Speichersystems zur
temporären Hochtemperatur-Wärmespeicherung
• in solarthermischen Kraftwerken,
• in KWK-Kraftwerken zur Entkopplung der Strom- und Wärmebereitstellung und
• in industriellen thermischen Prozessen.
Die gespeicherte Wärme ist auf Grund des hohen Temperaturniveaus insbesondere auch zur anschließenden Verstromung in Wärmekraftmaschinen geeignet.
Dr. Stefan Peil
Institut für Energie- und Umwelttechnik IUTA e.V.
Kontakt
[email protected]
Telefon 02065 / 418 – 222
Bliersheimer Str. 58-60, 47229 Duisburg
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Dr. Michael Felderhoff
Das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr betreibt Grundlagenforschung
auf den Gebieten der organischen und metallorganischen Chemie, der homogenen und heterogenen
Katalyse sowie der theoretischen Chemie mit dem Ziel, neue Methoden zur selektiven und umweltfreundlichen Stoffumwandlung zu entwickeln.
Mit dem Institut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) und industriellen Partnern werden Lösungen
zur Integration von Feststoffspeichern für Wasserstoff in Brennstoffzellenanwendungen als praxistaugliche Komplettsysteme erarbeitet und Speichermaterialien für die Nutzung in Brennstoffzellenfahrzeugen entwickelt.
Bisherige reversible Hydridsysteme speichern bis zu 1,5 Gewichtsprozent Wasserstoff bei Raumtemperatur. Seit einigen Jahren werden Leichtmetallhydride mit bis zu 5,5 Gewichtsprozent H2-Speicherkapazität untersucht, bei denen die Wiederbeladung unter erhöhtem Wasserstoffdruck möglich ist.
Der gebundene Wasserstoff kann einerseits durch Wärmezufuhr freigesetzt, andererseits aber vollständig unter Wärmefreisetzung wieder aufgenommen werden.
Damit eignen sich die Metallhydride gemäß folgenden allgemeinen chemischen Reaktionsgleichungen
sowohl zur Wasserstoff- als auch zur Wärmespeicherung:
Zielsetzung der Arbeiten ist einerseits die Erhöhung der Effizienz von stationären Brennstoffzellensystemen durch den Einsatz von Hydriden zur Wasserstoff- und Wärmespeicherung und andererseits
die Vergrößerung der Reichweite von Brennstoffzellenfahrzeugen bei gleichzeitiger Verringerung des
Volumens heutiger Hochdruckspeichersysteme.
Dr. Michael Felderhoff
[email protected]
Telefon 0208 306 2368
Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
Kaiser-Wilhelm-Platz 1,
45470 Mülheim an der Ruhr
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Chemische Wasserstoffspeicherung
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
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SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
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Gastbeitrag
Virtuelles Institut „Strom zu Gas und Wärme“
Prof. Dr. Klaus Görner,
wissenschaftlicher Vorstand Gas- und Wärme-Institut Essen e.V.
Eine der großen gesellschaftlichen Herausforderungen ist die Transformation des bestehenden fossil
dominierten Energieversorgungssystems hin zu einer klimafreundlichen, zugleich sicheren und bezahlbaren Energieversorgung.
Die Energiewende und der daraus folgende Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien gemäß
den Zielen von Bund und Land NRW werden mittelfristig dazu führen, dass das zeitliche und örtliche
Stromangebot nicht zur Nachfrage passt. Dementsprechend muss das zukünftige Energieversorgungssystem deutlich flexibler ausgestaltet und Möglichkeiten der Energiespeicherung geschaffen werden.
„Strom zu Gas und Wärme“ ist hierfür eine mögliche Antwort.
Das Virtuelle Institut „Strom zu Gas und Wärme“ ist ein Verbund aus sieben führenden Forschungsinstitutionen und untersucht im Auftrag des Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung
des Landes NRW, die notwendigen Flexibilitätsoptionen im zukünftigen Energieversorgungssystem.
Dabei werden unter anderem Technologien wie z. B. Demand-Side-Management, Power-to-Gas,
Power-to-Heat oder auch Power-to-Chemicals bzw. -Fuels näher beleuchtet. Diese Optionen sind
eine wichtige Bedingung für die Integration von hohen volatilen Anteilen an erneuerbaren Energien
im Stromnetz.
Die beteiligten Institutionen betrachten dabei sowohl die einzelnen Technologien als auch die einzelnen Energie-Pfade unter ökonomischen, ökologischen und technischen Rahmenbedingungen. Dabei
wird die komplette Kette von den verfügbaren Erzeugungsprozessen, über die unterschiedlichen
Transformations-, Speicher- und Transporttechnologien in verschiedenen Netz-Infrastrukturen bis hin
zur potentiellen Endanwendungen im Haushalts-, Industrie- und Verkehrssektor berücksichtigt.
Nach dem Abschluss des einjährigen Vorprojekts sind nun erste Ergebnisse veröffentlicht worden und
stehen auf den Webseiten der Verbundpartner (z.B. www.gwi-essen.de) zum Download bereit. Das
Virtuelle Institut wird nun mit seinen Akteuren im Rahmen des Hauptprojektes an der Umsetzung der
im Bericht aufgezeigten Forschungsagenda weiter arbeiten.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner
Dipl.-Ing. (FH) Janina Senner
Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI)
Tel: 0201 - 3618 277
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Dipl.-Ing. Uwe Weber
Wenn es um die strategische Kombination von Kraft-Wärme-Kopplung und Power To Heat (P2H)
geht, ist das Know-how der Stadtwerke Lemgo bundesweit gefragt: Die KRAFTWIRTE, die Energiedienstleister der Stadtwerke, beraten Unternehmen und Kommunen, wie sie einen Elektrokessel
wirtschaftlich betreiben und die Energiewende mit gestalten.
Schon seit 1963 setzen die Lemgoer auf die klimaschonende Erzeugung von Strom und Wärme durch
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). In ihren modernen Blockheizkraftwerken und Heizkraftwerken mit
35 MW installierter Leistung erzeugen sie jährlich 160 GWh Wärme – und decken so rund 50 % des
Wärmebedarfs der knapp 41.000 Einwohner umfassenden Stadt Lemgo ab.
Im Rahmen der innovativen Unternehmensstrategie erarbeiteten die KRAFTWIRTE 2010 ein Konzept
für eine 5 MW Power To Heat-Anlage. Diese ging 2012 als erste deutsche P2H-Anlage der öffentlichen Wärmeversorgung als Regelenergie-Instrument in Betrieb. Dabei zeigte sich, dass der technische
Betrieb unproblematisch ist und Lastrampen von 2 MW/min sicher gefahren werden können.
Das oberste Ziel lag darin, die P2H-Anlage wirtschaftlich zu betreiben. Das erreichen die Stadtwerke
durch die vorhandene Infrastruktur mit zwei Groß-Wärmespeichern und dem Wärmenetz. Zudem
konnten sie durch P2H die Flexibilität ihres Anlagenparks steigern und tragen so zur Stabilisierung der
Stromnetze an wind- und sonnenreichen Tagen bei. Doch mit P2H lässt sich auch die überschießende
Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien als Wärmeenergie verwerten – wenn der Gesetzgeber dafür die richtigen Rahmenbedingungen schafft. Produzieren Windkraftanlagen zu viel Strom, wollen die
Stadtwerke Lemgo diesen langfristig in emissionsfreie Wärme transformieren und die Wärme nutzen
oder speichern. Die derzeitige Drosselung der Windkraftanlagen wäre dann nicht mehr notwendig.
Um P2H aber bundesweit zum Durchbruch zu verhelfen, sind regulatorische Eingriffe notwendig.
Denn bislang sind für den Einsatz netzdienlicher Techniken alle Zulagen für den Strombezug zahlen,
damit ist P2H preislich kaum wettbewerbsfähig. Dies lässt sich aktuell zwar durch das Eigenstrom-Privileg im Zusammenspiel mit eigenen KWK-Anlagen lösen – was aber nicht immer im Einklang mit der
Vorrangeinspeisung der Erneuerbaren Energien steht.
Die KRAFTWIRTE unterstützen Interessenten gern dabei, einen möglichen P2H-Einsatz technisch und
wirtschaftlich zu prüfen.
Dipl.-Ing. Uwe Weber
Bereichsleiter Eigenerzeugung und Bäder
Stadtwerke Lemgo GmbH
Bruchweg 24
32657 Lemgo
Tel. 05261 255-126
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Power To Heat: Gewusst wie!
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
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SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
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Gastbeitrag
h2herten – Versuchsplattform
für Energiespeicher
Die Energieversorgung von Morgen schon heute erproben
Thorben Müller
Mit dem Energiekomplementärsystems im Anwender-Zentrum h2herten, auf dem Gelände der ehemaligen Zeche Ewald konnte 2013 ein in dieser Form einzigartiges System zur Energiespeicherung
eingeweiht werden. Durch die Kombination von Wasserstoff- und Batteriespeichern wurde eine Modellanlage geschaffen, welche es erlaubt die hochgradig erneuerbare Energieversorgung der Zukunft
bereits heute zu erproben.
Grundlage des Systems bilden die Elektrolyse mit angeschlossenem Kompressor, der Wasserstoffspeicher und die Brennstoffzellen zur Rückverstromung. Mit Hilfe von überschüssigem Strom werden bis
zu 30 Nm3 Wasserstoff in der Stunde erzeugt. Dies entspricht einer gespeicherten Energie von knapp
90 kWh. Der Wasserstoff wird im Anschluss auf bis zu 50 bar verdichtet und in einen Drucktank
geleitet. So können bis zu 470 kg Wasserstoff verlustfrei über lange Zeit gespeichert werden. Liegt zu
einem späteren Zeitpunkt ein Energiedefizit vor, kann mit Hilfe eines 50 kW starken Brennstoffzellensystems die im Wasserstoff gespeicherte Energie wieder in Strom umgewandelt werden. Unterstützt
wird diese Umwandlungskette von einer leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterie. Mit einer maximalen
Ladeleistung von 40 kW, einer Entladeleistung von 80 kW und einer Kapazität von 28 kWh unterstützt sie das System bei dem Ausgleich von kurzfristigen Schwankungen. Dadurch erhöht die Batterie
die Stabilität sowie die Effizienz des gesamten Systems noch einmal erheblich.
Im Hintergrund arbeitet darüber hinaus eine hochentwickelte Leistungselektronik. Sie ermöglicht die
Simulation von beliebigen Lastgängen am Ein- und Ausgang des Systems, sowie an den einzelnen
Komponenten. Auf diese Weise können verschiedenste Szenarien zur Versorgung mit erneuerbaren
Energien nachgebildet werden. Aber auch die einzelnen Komponenten können getrennt voneinander
untersucht werden.
Ziel der Anlage ist es, Unternehmen aus den Branchen Energiesysteme, Erneuerbare Energien, Messund Regeltechnik sowie Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik eine Versuchsplattform für innovative Konzepte der Energiespeicherung zu bieten. So trägt die h2herten Anwender-Zentrum GmbH dazu
bei, die zukünftig immer wichtiger werdende Speichertechnologie in NRW weiter voran zu treiben.
Thorben Müller
h2herten Anwender-Zentrum GmbH
Tel.: 02366/188972
[email protected]
www.wasserstoffstadt-herten.de
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Gerd Kolisch, Inka Hobus, Yannick Taudien (alle WiW mbH)
Michael Schäfer (TU Kaiserslautern)
Zum Schutz der Gewässer wird kommunales und industrielles Abwasser in Deutschland auf über
9.000 Kläranlagen unter hohem Aufwand gereinigt. Die flächendeckend vorhandenen Faulungsanlagen bieten dabei hervorragende technische Voraussetzungen, um System- und Netzdienstleistungen
für Verteil- und Übertragungsnetze zur Verfügung zu stellen, die heute und in Zukunft durch den
zunehmenden Ausbau der fluktuierenden Erneuerbaren Energien (EE) erforderlich sind.
Auf Kläranlagen mit separater anaerober Schlammstabilisierung fällt Klärgas mit einem Methangehalt
von rund 65 % an. Bereits heute wird dieses Gas zum großen Teil in diesen Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) energetisch genutzt. In Verbindung mit den vorhandenen Gasspeichern kann die
Stromproduktion flexibel nach den Bedürfnissen des Energienetzes gesteuert werden.
Kläranlagen mit Schlammfaulung bieten zudem optimale Voraussetzungen zur Umsetzung von Power-to-Gas-Technologien (PtG). Der bei der Elektrolyse anfallende Sauerstoff kann direkt oder nach
vorheriger Speicherung bei der biologischen Abwasserreinigung eingesetzt werden. Der produzierte
Wasserstoff (H2) kann unter Verwendung des im Klärgas vorhandenen Kohlendioxids (35% CO2) zu
Methan (CH4) veredelt werden.
In dem vom BMBF geförderten Forschungsvorhaben „Abwasserreinigungsanlagen als Regelbaustein
in intelligenten Verteilnetzen mit erneuerbarer Energieerzeugung – arrivee“ wird die Integration der
Faulungsanlagen in ein optimiertes Flexibilitäts- und Speicherkonzept untersucht. Im Verbundvorhaben arbeiten 8 Partner aus Forschung und Praxis zusammen (TU Kaiserslautern, Uni Wuppertal, TSB
Bingen, Wupperverband, WiW mbH, iGas GmbH und BBH Berlin).
Erste Potentialabschätzungen zeigen ein hohes Flexibilitätspotential der Kläranlagen auf. Externe Regeleingriffe sind unter bestimmten Restriktionen durchführbar, ohne die eigentliche Aufgabe der Abwasserreinigung negativ zu beeinträchtigen. Die deutschlandweite Stromproduktion auf Kläranlagen
kann zudem unter optimierten Bedingungen von 1,25 TWh/a auf 2,61 TWh/a gesteigert werden,
welches einer Leistung von bis zu 300 MWel entspricht. Damit können Kläranlagen, am Schnittpunkt
zwischen Energie- und Wasserwirtschaft, einen positiven Beitrag zur Energiewende leisten.
Dr.-Ing. Gerd Kolisch
Wupperverbandsgesellschaft für
integrale Wasserwirtschaft mbH
Untere Lichtplatzer Straße 100
D-42289 Wuppertal
Tel.: (0202) 583 - 292
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Kommunale Kläranlagen als Regelbaustein
im Energienetz
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
33
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
34
Gastbeitrag
Biomethanisierung von CO2 und H2
durch methanogene Archaeen
Prof. Dr.-Ing. Isabel Kuperjans
Bio-Power-2-Gas, FH Aachen, Campus Jülich, Institut NOWUM-Energy
Anwendungsorientierte Forschung hat immer wirtschaftliche Lösungen zum Ziel. Insbesondere im
Bereich Energie ist das ein guter Ansatz, denn es gilt beispielsweise, für Industrie und staatliche Institutionen konkrete realisierbare Lösungen zu entwickeln, die den CO2-Ausstoß minimieren und Energiekosten senken. Das Team des Instituts NOWUM-Energy am Campus Jülich der FH Aachen erforscht
und entwickelt Konzepte, Verfahren und Technologien zu den Themenschwerpunkten Klimaschutz,
Biomasse/Biogas, Energiesysteme und Energiemanagement sowie Umweltverfahrenstechnik.
Die größte Herausforderung bei der elektrischen Energieversorgung aus regenerativen Quellen ist die
fluktuierende Produktion. Eine Lösung ist, den Überschussstrom in einer Elektrolysezelle zur Produktion von Wasserstoff zu verwenden. Aufgrund der bekannten Probleme im Umgang mit Wasserstoff
ist eine weitere Umsetzung mit CO2 zu Methan optimal. Eine erfolgsversprechende Alternative zum
bekannten Sabatier- Prozess ist die biologische Methanisierung durch Archaeen. Diese Mikroorganismen zählen zu den ältesten bekannten Lebewesen und sind in der Lage an den unwirklichsten Orten
zu gedeihen. Durch die einzigartige Fähigkeit aus CO2 und H2 Energie zu gewinnen und dabei CH4
auszuscheiden, kann dieser natürliche Stoffwechselweg direkt zur Methanisierung genutzt werden.
Leider sind viele Arten noch unbekannt oder nicht ausreichend hinsichtlich der optimalen Leistungen
und Umsatzraten kategorisiert. Bekannt ist aber, dass die Raten sehr gering sind und gängige Reaktoren (CSTR) noch nicht das Optimum in der Kultivierung darstellen. Im Test befindliche Ansätze sind
der Einsatz von Druck- oder Röhrenreaktoren.
Am Institut NOWUM-Energy wird aktuell an einer alternativen Bauform des Reaktors gearbeitet, der
einen möglichst geringen Eigenenergiebedarf aufweist und ohne aktive Rührung arbeitet, um die
Produktionskosten des Methans so gering wie möglich zu halten. Es wird mit einem modifizierten
Flat-Panel-Reaktor gearbeitet, der eigentlich in der Algenzucht verwendet wird. Dieser wird aber den
Bedürfnissen der Methanisierung entsprechend angepasst. Gleichzeitig wird die Reaktion bei milden
und schonenden Umgebungsbedingungen, wie geringem Druck und neutralem pH-Wert durchgeführt. Erste Ergebnisse sind erfolgsversprechend und bestätigen das Potential der Reaktorbauform.
Markus Dahmen M.Sc.
Wissenschaftlicher Angestellter Institut
Nowum Energy
FH Aachen
University of Applied Sciences Heinrich-Mußmann-Str. 1 52428 Jülich | Germany
T +49 241 6009 53020
F +49 241 6009 53288
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
MEET Universität Münster
AUSSTELLUNG
MEET (Münster Electrochemical Energy Technology) ist das Batterieforschungszentrum der Universität Münster. Hier arbeitet ein internationales Team aus rund 140 Wissenschaftlern in der Forschung
und Entwicklung innovativer elektrochemischer Energiespeicher mit höherer Energiedichte, längerer
Haltbarkeit und maximaler Sicherheit. Ziel ist, die Batterie für den Einsatz in Elektroautos und stationären Energiespeichersystemen zu verbessern. Dabei führt das MEET wissenschaftliche Grundlagenforschung und praktische Anwendung an einem Ort zusammen. Kooperationen bestehen sowohl
mit wissenschaftlichen Ein-richtungen als auch mit Partnern aus der Industrie. Die Laboreinrichtung
umfasst die Module Funktionsmaterialsynthese, Elektroden- und Zellherstellung, Zelltestung sowie
elektrische Messtechnik.
SPEICHER IN NRW
where science and industry meet
REFERENT*INNEN
Gastbeitrag
GASTBEITRÄGE
35
MEET Batterieforschungszentrum der
Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU)
Münster
Corrensstraße 46
48149 Münster
Tel.: +49 251 83-36031
Fax: +49 251 83-36032
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
36
Gastbeitrag
Energiespeicherung – ein vielfältiges Thema
Cologne Institute for Renewable Energy der Technischen Hochschule Köln
Das Cologne Institute for Renewable Energy (CIRE) bündelt die Kompetenzen der Fachbereiche
Maschinenbau, Elektrotechnik und Ressourcen-Management im Bereich Erneuerbare Energien an
der Technischen Hochschule (TH) Köln. Energiespeicherung ist ein zentrales Thema in den Bachelorund Masterstudiengängen „Erneuerbare Energien“, sowie in der CIRE-Forschung. Aktuelle Projekte
beschäftigen sich mit der Modellierung von Erneuerbaren Energien-Speicher-Systemen, dem Test von
Batteriesystemen, der Integration von Speichern in Strom-, Gas-und Wärmeversorgung oder der Nutzung von Batterien in netzfernen Inselsystemen mit Photovoltaik.
Energiespeicher für den eigenen Keller: Mehr als 200 verschiedene Energiespeichersysteme unterschiedlicher Batterietechnologie und Batteriekapazität werden derzeit als „Heimspeicher“ als Ergänzung zu einer Photovoltaikanlage angeboten. Der Nutzen dieser Heimspeicher wurde anhand realer
Sonnenscheindaten für das Rheinland und typischen Lastprofilen von Haushalts- oder Gewerbekunden untersucht. Das Ergebnis: Heimspeicher können einerseits das Netz entlasten und dadurch einen
weiteren Zubau von dezentralen PV-Anlagen ermöglichen. Andererseits kann der Eigenheimbesitzer
seine Autarkie und Eigenversorgung verbessern. Eine realistische Grenze für die Autarkie sind dabei
etwa 70% Autarkiegrad, d.h. 70% des verbrauchten Stroms stammen aus der eigenen Photovoltaikanlage.
Bessere Vermarktung von Windstrom mit Energiespeichern: Auch die Windenergie lässt sich mittels
Stromspeicher besser ins Netz und den Strommarkt integrieren. Analysen des CIRE zeigen diese Verbesserungen anhand verschiedener Speicherarten und –größen auf die Bereitstellung von zuverlässigeren und „wertvolleren“ Windstromlieferungen.
Batteriestrom statt Dieselabgase: Energiespeicher können auch in netzfernen Systemen eine wichtige
Rolle spielen, wo bisher der Strom teuer und umweltschädlich mit Dieselgeneratoren erzeugt wird.
Hier kann eine Solaranlage mit Batterien Diesel einsparen. Dies wird an realen Projekten in Bolivien
und Ghana, unterstützt von eigens am CIRE entwickelten Simulationsprogrammen, untersucht.
Prof. Dr.-Ing. Dipl. Wirt.-Ing. Thorsten Schneiders
Professor für Energiespeicherung
Leiter des Projektbüros „SmartHome Rösrath“
Cologne Institute for Renewable Energy
Technische Hochschule Köln
Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme
Betzdorfer Str. 2
50679 Köln
T +49 221 8275 2335
M +49 1573 320 5572
F +49 221 8275 2768
[email protected]
wcms.th-koeln.de/personen/thorsten.schneiders/
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
PGS - Institute for Power Generation and Storage Systems
E.ON Energy Research Center (E.ON ERC)
RWTH Aachen University
Stationäre Speicher werden durch die von der Bundesregierung beschlossene Erhöhung des Anteils
erneuerbarer Energien an der Stromversorgung in den kommenden Jahren zunehmend an Bedeutung
gewinnen. Elektrochemische Speicher sind dadurch interessant, dass sie nicht an geografische Voraussetzungen geknüpft sind und dass mit verhältnismäßig geringen Planungsfristen für die Errichtung
zu rechnen ist. Es ist notwendig, die Kompetenzen zur Entwicklung kostengünstiger Bauformen, zum
optimierten Betrieb und zur vergleichenden Technologiebewertung aufzubauen und die Leistungsfähigkeit verschiedener Technologien unter realistischen Einsatzbedingungen ergebnisoffen zu erproben.
In diesem Vorhaben wird daher ein modulares Batteriespeichersystem mit fünf verschiedenen Batterietechnologien und einer Gesamtleistung von 5 Megawatt errichtet.
In dem Batteriespeicher werden zwei verschiedene Typen Blei-Säure-Batterien sowie drei verschiedene Lithium-Ionen-Batterie-Typen eingesetzt. Dadurch können die Vorteile der einzelnen Technologien miteinander verbunden werden: Während die Blei-Batterien für längere Entladezeiten eingesetzt
werden, eignen sich die Lithium-Ionen-Batterien für einen dynamischen Betrieb wie beispielweise dem
Abfangen von Leistungsspitzen, so dass die spezifischen Eigenschaften aller Batterietypen optimal
ausgenutzt werden können. Die Anlagentechnik wird als integraler Bestandteil des Speichersystems
betrachtet, um ein optimales Systemverhalten hinsichtlich Klimatisierung und Batterieaufstellung
zu erzielen. Ein solches Hybrid-Batteriespeichersystem in der geplanten Leistungsklasse und mit der
hohen Modularität zur vergleichenden Demonstration und Erforschung verschiedener Speichertechnologien ist weltweit einzigartig und stellt für die beteiligten Firmen und Institutionen eine wichtige
Referenz dar.
Der Anlagenbetrieb wird gemäß einem wissenschaftlichen Programm durchgeführt, das es erlaubt,
belastbare Aussagen zu den Lebensdauerkosten und EinsatzPotentialen zu tätigen. Dazu gehören
neben den eigentlichen Kosten für die Batteriezellen und deren Lebensdauer vor allem auch Peripherien für die Installation der Batterieanlage, welche neben der Unterbringung auch die Batteriemanagement- und Batteriediagnosesysteme sowie das thermische Management (Lüftung, Klimatisierung) enthalten. Diese sollen als fundierte Kostenbasis für die Planung und den Einsatz von Speichern
dienen. Zudem werden für wichtige Speicheranwendungen (z. B. Primärregelung, Sekundärregelung)
Zielkostenansätze erarbeitet, die Aussagen darüber erlauben, ab welchem Regelenergiepreis elektrochemische Energiespeicheranlagen wirtschaftlich betrieben werden können oder welche regulatorischen Anreize geschaffen werden müssen.
Dipl.-Ing. Tjark Thien
Projektleitung M5BAT
E.ON Energy Research Center (E.ON ERC)
[email protected]
http://www.m5bat.de
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Projekt M5BAT Erprobung stationärer Batteriespeicher
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
37
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
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Gastbeitrag
Energiespeicher-Forschungsprojekte
PEM der RWTH Aachen
Der Chair of Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen beschäftigt
sich mit den Kernthemen der Elektromobilität und insbesondere der Antriebstechnologie. Aufgeteilt
in mehrere Abteilungen unterschiedlicher Schwerpunkte werden alle Forschungsthemen im Zusammenhang mit der Elektromobilität abgedeckt. Dies wird durch zahlreiche Innovationen und folgende
Ausgründungen belegt.
Insbesondere im Bereich der Speichertechnologien ist die Gruppe Batterieproduktion seit vielen Jahren
führend im Bereich verschiedenster Industriethemen der Li-Ion-Batterieproduktion, v.a. für Automobile. Durch eine Vielzahl an Industrieprojekten in Unternehmen aller Wertschöpfungsstufen sowie
zentralen Positionen in namhaften Forschungsprojekten bietet das PEM weitreichende Expertise in
den Themenfeldern Li-Ion-Batteriezelle sowie Li-Ion-Batteriepack.
Drei der Forschungsprojekte zu Energiespeichern werden hier kurz vorgestellt:
1. LaKoBat (Durchgängiges Ladungsträgerkonzept in der Batteriefertigung)
Das Forschungsprojekt LaKoBat führt Teillösungen zu einem durchgängigen Ladungsträgerkonzept
zusammen, um Verluste in der Wertschöpfung zu vermeiden. Dafür wird ein Logistikkonzept zur
Standardisierung und Harmonisierung der Produktionsprozesse sowie wertschöpfungsbasierten Gestaltung der Ladungsträger erarbeitet. Verschiedene Wertschöpfungs- und Fertigungsszenarien bilden
die Grundlage für die Entwicklung einer optimierten Ladungsträgerlösung.
2. ProLiBat (Durchgängige Produktionsstruktur für die Fertigung von Li-Ion-Batteriezellen)
Schwerpunkt von ProLiBat ist die Produzierbarkeit von elektrofahrzeugtauglichen Lithium-Ionen-Batteriezellen. Basierend auf einer systematischen Analyse der Produktionsschritte werden in einem integrativen Verbesserungszyklus die Produktionsprozesse und -strukturen sowie die Produktionstechnologien in Richtung einer skalierbaren und serientauglichen Fertigung entwickelt.
3. QuasiBat 1 + 2 (Qualitätssicherung in der Produktion von Li-Ion-Batterien)
Im Rahmen von QuasiBat 1 + 2 werden in einem Arbeitskreis aus Industrie und Forschung sämtliche Prozessschritte der Batterieproduktion analysiert. Das Ziel des Vorhabens ist der Entwurf eines
ganzheitlichen Ansatzes für ein Qualitätsmonitoring in der Batterieproduktion. Die Zusammenhänge
zwischen Prozessparametern und Eigenschaften der Batterie müssen aufgedeckt werden und der geschaffene Regelkreis zur Qualitätssicherung im realen Anwendungsfall validiert werden.
Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Heiner Hans Heimes
Steinbachstraße 53B, 52074 Aachen
Telefon: +49 241 80 27386
Mail: [email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Die Bereitstellung von effizienten und zugleich wirtschaftlichen Energiespeichern ist ein zentraler
Punkt für eine nachhaltige Energieversorgung. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades gelten elektrochemische Energiespeicher, wie Batterien, als besonders interessant für mobile und stationäre Anwendungen. Neben einer hohen Energiedichte ist auch eine hohe Leistungsdichte wichtig, um kurzzeitige
Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Ein Nachteil von momentan am Markt verfügbaren
Lithium-Ionen-Batterien ist, dass die speicherbare Energie stark abnimmt, wenn die Batterien mit hohen Stromdichten be- oder entladen werden. Dies steht einem flächendeckenden Einsatz als kostengünstigem und effektivem Energiespeicher bisher entgegen. Ein Grund dafür ist die begrenzte ionische
Leitfähigkeit der Kathodenmaterialien.
Das vom Forschungszentrum Jülich koordinierte Verbundprojekt DESIREE entwickelt Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Hochleistungsbatterien der nächsten Generation. Eine besonders attraktive
Materialklasse sind diesbezüglich die sogenannten Spinelle. Sie erlauben eine schnellere Einlagerung
(Interkalation) von Lithium-Ionen in chemische Verbindungen als herkömmliche Kathodenmaterialien.
Die Interkalation muss schnell und zuverlässig ablaufen, damit Energie effizient gespeichert werden
kann. Im Rahmen dieses Projektes wird dazu die ionische Leitfähigkeit der Kathodenmaterialien durch
ein gezieltes Einbringen von Defekten in die Kristallstruktur der Spinelle verbessert. Diese systematische Modifikation der Spinelle wird durch Dotierung und Nicht-Stöchiometrie realisiert. In einem
weiteren Schritt werden dann Strategien für eine Material- und Designverbesserung entwickelt.
Das Verbundprojekt führt materialwissenschaftliche Grundlagenforschung für die elektrochemische
Speicherung regenerativ erzeugter elektrischer Energie durch, wobei das vertiefte Verständnis der
thermodynamischen und kinetischen Elektrodenprozesse zu einer gezielten Materialverbesserung von
Hochleistungskathodenmaterialien führen wird. Das langfristige Ziel des Projektes ist die Integration
von regenerativen Energieträgern, insbesondere der Wind- und Solarenergie, in eine grundlastfähige
und witterungsunabhängige Energieversorgung.
Institut für Energie- und Klimaforschung,
IEK-9 (Grundlagen der Elektrochemie)
Dr.-Ing. Désirée van Holt,
[email protected],
Telefon 02461/615293 oder
Prof. Dr. Rüdiger-A. Eichel,
[email protected],
02461/614644.
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
DESIREE – Defektspinelle als Hochenergieund Hochleistungsmaterialien zur
elektrochemischen Energiespeicherung
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
39
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
40
Gastbeitrag
Redox-Flow-Batterien (0,2 - 2 MW)
von Fraunhofer UMSICHT
Prof. Dr. Christian Doetsch, Dr. Wilhelm Althaus
Redox-Flow-Batterien bestehen aus einem Leistungsteil, der ähnlich einer Brennstoffzelle als Membran-Zellstapel (Stack) aufgebaut ist und einer Speicherkomponente, die aus mit Elektrolyt gefüllten
Tanks besteht. Die elektrische Energie wird beim Laden im Stack in chemische Energie umgewandelt
und kann so in dem Elektrolyten gespeichert werden. Die Redox-Flow-Batterietechnologie bietet für
die Anwendung als stationärer Energiespeicher eine vielversprechende Alternative gegenüber am
Markt verfügbaren Speichertechnologien, wie Blei- und Lithium-Akkumulatoren. Durch die Trennung
von Leistung und Kapazität des Speichers ist eine unabhängige Skalierung dieser beiden Parameter
und somit die individuelle Auslegung des Speichers auf den jeweiligen Anwendungsfall möglich.
Nach aktuellen Studien (insbesondere Metastudie Energiespeicher IWES/UMSICHT) erweisen sich
Energiespeicher im Verteilnetz vor allem als potenziell wirtschaftlich wenn sie drei Fähigkeiten aufweisen:
• simultane Teilnahme am Intraday-Handel (Spot-Markt) und Sekundärregelenergiemarkt oder Bereitstellung von Primärregelleistung.
• ausreichend große Kapazität
• ausreichend niedrige Investitionskosten
Große Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Speicher, die auf großen Einzelstacks als Primärbaugruppe
basieren, erfüllen diese drei Randbedingungen perspektivisch in hervorragender Weise.
Fraunhofer UMSICHT hat ein neuartiges Stackdesign für große VRFB entwickelt, das eine externe
Elektrolytzuführung aufweist und einen Weg zu großskaligen Stacks aufzeigt. Dieses neuartige Stackdesign erlaubt es, große Zellflächen einfach und kostengünstig aufzubauen.
Dr. Wilhelm Althaus
Telefon: 0208 8598 1186
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Thorsten Seipp
Redox-Flow-Batterien bestehen aus einem Leistungsteil, der ähnlich einer Brennstoffzelle als Membran-Zellstapel (Stack) aufgebaut ist und einer Speicherkomponente, die aus mit Elektrolyt gefüllten
Tanks besteht. Die elektrische Energie wird beim Laden im Stack in chemische Energie umgewandelt
und kann so in dem Elektrolyten gespeichert werden. Die Redox-Flow-Batterietechnologie bietet für
die Anwendung als stationärer Energiespeicher eine vielversprechende Alternative gegenüber am
Markt verfügbaren Speichertechnologien, wie Blei- und Lithium-Akkumulatoren. Durch die Trennung
von Leistung und Kapazität des Speichers ist eine unabhängige Skalierung dieser beiden Parameter
und somit die individuelle Auslegung des Speichers auf den jeweiligen Anwendungsfall möglich.
Die Technologie basiert auf am Fraunhofer-Institut UMSICHT entwickelten und zum Patent an¬ge-meldet¬en Innovationen, vor allem einer neuartigen Stackkonstruktion. Dieses neuartige Stackdesign ermöglicht die Herstellung von Stacks, die kompakter, leichter, günstiger und leistungsfähiger
sind, als der Stand der Technik. Zugleich erhöht sich die Produktionsqualität/Betriebssicherheit gegenüber den sonst üblichen Konstruktionen. Volterion® bietet diese Stacks in kompakten Modulen an,
die die komplette Anlagen- und Steuerungstechnik enthalten. Die Kunden von Volterion® können aus
diesen Modulen einfach durch das Ergänzen des Kapazitätsteiles, dem Tank mit Elektrolyt, eine individuelle Energiespeicheranlage herstellen. Der Fokus wird dabei auf der Entwicklung, Fertigung und
Produktion von Vanadium-Redox-Flow-Modulen im Leistungsbereich von 200 W bis 6 kW liegen.
Vorteile der Volterion Redox-Flow-Batterie:
• Ermöglicht wirtschaftliche Eigenstromnutzung
• Steigerung der Versorgungssicherheit
• Unabhängige Skalierbarkeit von Kapazität und Leistung
• Nicht brennbar, keine Explosionsgefahr
• Hoher Wirkungsrad
• Vollständig verschweißt und absolut dicht
• Höchst kompakte Bauart
• Sehr lange Lebensdauer (> 20 Jahre)
• Ökologische Kreislaufwirtschaft durch einfaches Recycling
Thorsten Seipp
Telefon: 0208 8598 1388
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Redox-Flow-Batterien (0,5-6 kW) von Volterion
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
41
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
42
Gastbeitrag
STORNETIC – Schwungradenergiespeicher
Was ist ein Schwungradenergiespeicher?
Schwungradspeicher beruhen auf einem rein mechanischen Prinzip. Zum Speichern wird ein Kohlefaser-Rotor auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Die elektrische Energie wird so in Form von
kinetischer Energie gespeichert. Zum Entladen arbeitet der Motor als Generator und bremst den Rotor
ab, indem er elektrischen Strom erzeugt.
Welche Bedeutung hat das für die Energiewende?
Gerade zu Beginn der Energiewende benötigen wir in Deutschland nicht Speicher für Wochen, sondern eher für Sekunden und Minuten. Die Stärke von Schwungradspeichern liegt darin kurzfristig
hohe Leistung liefern zu können. Durch die mechanische Speicherung ist der Speicher langlebig und
kann über 100.000 Ladezyklen durchlaufen ohne Leistung oder Kapazität zu verlieren. Zum Einsatz
kommen solche Speicher wo häufig für kurze Zeit Leistung benötigt wird, z.B. zum Stabilisieren von
Stromnetzen (Frequenzregulierung) und für Leistungsspitzen in virtuellen Kraftwerken.
Gibt es schon eine Anlage?
Zur Zeit wird eine erste Anlage mit 600kW Leistung von einem großen Stadtwerk in Betrieb genommen.
STORNETIC GmbH
Thilo Engelmann
02461-65524
02461-657100
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Trianel Wasserspeicherkraftwerke in NRW und Thüringen
Nicole Kolster
Vor dem Hintergrund der Energiewende und dem zu erwartenden erhöhten Speicherbedarf hat die
Stadtwerke-Kooperation Trianel im Auftrag von rund 40 Stadtwerken im Jahr 2010 eine deutschlandweite Potentialstudie für Wasserspeicherkraftwerke (Pumpspeicher) in Auftrag gegeben.
Im Screening waren die maßgebenden Parameter: Größe, Lage- und Reliefenergie, genehmigungsrelevante, technische sowie wirtschaftliche Faktoren. Die gesuchten Flächen für Unter- und Oberbecken
sollten mindestens 20 ha groß sein, die Becken bei der kleinsten Größe nicht mehr als 2.000 Meter
voneinander entfernt sein und der Höhenunterschied zwischen den Becken mindestens 150 Meter betragen. Ziel war es, Standorte in Deutschland mit einem Speichervolumen von mindestens 600 MWh
bei einer elektrischen Leistung von 100 MW zu finden. Aus über 3.000 technisch möglichen Standorten wurden durch eine weitere Verfeinerung des Kriterienkatalogs deutschlandweit 24 Standorte
identifiziert, davon zwei Talsperrenstandorte. Ein möglicher durch die Studie befundener Standort ist
das Trianel Wasserspeicherkraftwerk Nethe im Kreis Höxter in Nordrhein-Westfalen. Dieser Standort
ist aus technischer, wirtschaftlicher und naturschutzfachlicher Sicht am besten geeignet und könnte
eine Leistung von 390 MW generieren. Im Kreis Höxter ist im Jahr 2012 die Regionalplanänderung
und das Raumordnungsverfahren für die Netzanbindung positiv beschieden worden.
Pumpspeicher – Multitalente im Stromsystem
Trianel hat sich aufgrund der aktuellen energiepolitischen Rahmenbedingungen dazu entschieden, den
Standort in Nordrhein-Westfalen an der Nethe als Option zu halten, jedoch die nächste Stufe des Genehmigungsprozesses, die Planfeststellung, noch nicht einzuleiten. Denn die ungünstigen energiepolitischen Rahmenbedingungen lassen derzeit keine Konkretisierung des Vorhabens zu.
Die weitere Entwicklung des Stromsystems wird Speicher jedoch benötigen. Mit ihrer Langlebigkeit
und Emissionsfreiheit sind Pumpspeicher die mit großem Abstand nachhaltigsten Großspeicher und
das auch unter Berücksichtigung ihres unzweifelhaft großen Landschaftsverbrauchs und der Belastungen von Natur und Mensch in der Bauphase. Sie sind in der Lage, nach einem Blackout das Stromnetz
neu aufzubauen, können innerhalb von Sekunden ihre maximale Pump- und Turbinenleistung erbringen und halten so das Netz stabil.
Pumpspeicher sind Multitalente auf dem Weg zu einer CO2-freien Stromversorgung, in der das energiepolitische Dreieck aus Umwelt-und Klimaschutz, Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit im
Gleichgewicht ist.
Trianel GmbH
Nicole Kolster M.A., Projektmanager
Projektentwicklung Onshore
Tel.: +49 241 41320-242
Mobil: +49 170 7616823
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Stadtwerke planen Speicher für die Zukunft
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
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SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
44
Gastbeitrag
Pumpspeicherkraftwerke und ihre Rolle für
die Energiewende
Michael Moltrecht, RWE Generation, Leiter Wasserkraft
Pumpspeicherkraftwerke (PSW) sind aktuell die einzige für die Speicherung von Strom verfügbare
Großtechnologie. In Zeiten hoher regenerativer Einspeisung oder niedriger Nachfrage wird Strom
genutzt, Wasser in die Oberbecken der Anlagen hochzupumpen. Bei Bedarfsspitzen wird das Wasser
dann aus dem Speicher über die Turbinen geleitet und Strom erzeugt.
In NRW betreibt RWE das zuletzt 2013 modernisierte Pumpspeicherkraftwerk Herdecke mit 165
MW Leistung; zusammen mit den Anlagen in Vianden (Luxemburg) und der Schluchseewerke im
Südschwarzwald verfügt RWE über rund 2.300 MW hochflexibler Pumpspeicherleistung. Insgesamt
stehen in Deutschland rund 6.600 MW Pumpspeicherleistung mit einer Speicherkapazität von 38.800
MWh zur Verfügung.
Mit ihrer hohen Flexibilität – allein die RWE-Anlagen können innerhalb von ca. zwei Minuten von Null
auf ihre volle Leistung heraufgefahren werden – helfen PSW einerseits, die auftretenden Schwankungen von Nachfrage und regenerativer Erzeugung auszugleichen. Andererseits kann in ihnen
erneuerbarer Überschussstrom zwischengespeichert werden. Ihr Beitrag ist allerdings limitiert: Rein
rechnerisch reicht die existierende Speicherkapazität in Deutschland lediglich aus, um sechs Stunden
Stromproduktion von etwa einem Fünftel der in Deutschland installierten Windanlagen zu speichern
oder aber knapp 3% der täglichen Stromnachfrage in Deutschland zu decken.
Und ein Ausbau der Speicherkapazität ist nicht absehbar, denn PSW stehen wie auch andere konventionelle Kraftwerke unter erheblichem wirtschaftlichen Druck. Mit dem Ausbau der Photovoltaik
gehören die regelmäßigen täglichen Strompreisspitzen zur Mittagszeit, die die Wirtschaftlichkeit der
PSW bestimmten, der Vergangenheit an. Die Aufgabe der PSW besteht heute deshalb weniger in der
Abdeckung des täglichen Spitzenlastbedarfs als vielmehr in der Bereitstellung von Regelleistung und
-energie zum Ausgleich unvorhergesehener Abweichungen zwischen Angebot und Nachfrage.
RWE-Pumpspeicherkraftwerk Herdecke
Erste Inbetriebnahme
1930
Neubau „Maschine 5“ 1989
Leistung
165 MW
Speicherkapazität
590 MWh
Anfahrzeit:
60 sec. im Turbinenbetrieb
Max. Wirkungsgrad
80%
Michael Moltrecht, RWE Generation, Leiter
Wasserkraft
Huyssenallee 2
D-45128 Essen
Tel.: 0201-12-41410
[email protected]
www.rwe.com
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Prof. Dr.-Ing. André Niemann, Universität Duisburg-Essen
Der politisch gewollte Ausbau der Kapazität regenerativer Energien und deren verstärkte Integration
in die Energieversorgung Deutschlands ist aktuell eine vorrangige Aufgabe der Energiepolitik. Das
Problem der in diesem Zusammenhang erforderlichen Speicherung ist jedoch ungelöst. Die vorhandenen Speicherkapazitäten reichen zum Ausgleich zunehmender Energiefluktuationen nicht aus. Neben
neuen Speichertechnologien stellt die Nutzung von unterirdischen Pumpspeicherwerken (UPSW)
grundsätzlich eine weitere Möglichkeit zur Energiespeicherung dar.
Der Ansatz, das Prinzip eines Pumpspeichers in den unterirdischen Schächten und Strecken des auslaufenden Bergbaus im Ruhrgebiet anzuwenden, resultiert aus den fehlenden günstigen topographischen Gegebenheiten über Tage. Zugleich erfährt der Bergbau nach dem Auslauf zum Ende des Jahres
2018 eine sinnvolle Nachnutzung. Die Fallhöhe wird durch die bereits bestehenden Schächte und
Zugänge in die Tiefe generiert.
Vor diesem Hintergrund förderte das Land NRW das Vorhaben „Entwicklung eines Realisierungskonzepts für die Nutzung von Anlagen des Steinkohlebergbaus als unterirdische Pumpspeicherkraftwerke“ im Rahmen der Ziel2 Förderung. Die Bearbeitung dieser ersten Phase einer Machbarkeitsstudie
erfolgte durch ein Konsortium mit elf Partnern aus fünf Einrichtungen. Beteiligt waren die Universität
Duisburg-Essen, die Ruhr-Universität Bochum sowie der Bergbaubetreiber RAG AG und die DMT
GmbH & Co. KG (TÜV Nord Gruppe). Für Fragen der Akzeptanz war das Rhein-Ruhr Institut für
Sozialforschung und Politikberatung e.V. (RISP) beteiligt. Ziel der Bearbeitung war die grundsätzliche
Beurteilung der technischen und ökonomischen Machbarkeit sowie eine übergeordnete Bewertung
des Projektansatzes inklusive des bestehenden Rechtsrahmens.
Für die Prüfung der technischen Machbarkeit eines geschlossenen Systems wurde ein Beispielkonzept
erarbeitet und technisch bewertet. So wurde am Standort Prosper-Haniel eine 200 MW Anlage verortet und konzipiert. Die Anlage nutzt vier bestehende Schachtanlagen als Zugang zur Tiefe. Der erforderliche untere Speicher wird als langgestreckter Ringspeicher oberhalb der zukünftig angedachten
Grubenwasserhaltung kontrolliert neu aufgefahren. Insgesamt wurde die grundsätzliche Machbarkeit
einer solchen Anlage in einer ersten Projektphase bestätigt.
Universität Duisburg-Essen
Prof. Dr.-Ing. André Niemann
[email protected]
Telefon: 0201 183 2225
RAG AG
Dipl.-Ing. Stefan Hager
[email protected]
Telefon:02323 153 911
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Nachfolgenutzung von Bergwerksinfrastruktur im Ruhrrevier für untertägige
Pumpspeicherwerke
GASTBEITRÄGE
Gastbeitrag
AUSSTELLUNG
45
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
46
Gastbeitrag
Projektidee Energiespeicher Niederrhein
Im Bereich der Stadt Wesel befinden sich Salinare, d.h. unterirdische Salzschichten, die die Errichtung
von Kavernen ermöglichen. An diesen Stellen könnten demnach durch Aussolung Speicherkavernen
erstellt werden, zum Beispiel in Form zylindrischer Kavernen von 100 m Höhe und 80 m Durchmesser
(Nettovolumen ca. 500.000 m³). Dies hat eine erste Untersuchung ergeben. Der Standort zeichnet
sich neben der geologischen Eignung besonders dadurch aus, dass eine Übertragungsleitung für die
Einspeisung elektrischer Energie in den Speicher schon vorhanden ist (Aufnahme des Stromüberschusses), während der ausgespeiste Strom auch direkt über das naheliegende Umspannwerk in das Verteilnetz und damit unmittelbar an die Verbraucher geliefert werden kann.
Im Falle einer Errichtung von drei derartigen Kavernen à 500.000 m³ zum späteren Betrieb z. B. eines
Druckluftspeicherkraftwerks (CAES-Kraftwerk; Compressed Air Energy Storage) sind Leistungen zwischen 300 MW über 24 Stunden oder 110 MW über 3 Tage erzielbar, je nachdem welcher zeitliche
Lieferengpass aus der EE-Stromproduktion überbrückt werden soll. Ein Landkreis mit ca. 450.000 Einwohnern, inkl. üblicher Industriebetriebe, benötigt eine durchschnittliche installierte Leistung von ca.
200 MW. Diese Leistung kann der Energiespeicher Niederrhein mit den geplanten Generatoren über
einen Zeitraum von 24 h voll abdecken.
Die durch eine Speicheranlage dieser Größenordnung bereitgestellte Energie entspräche der Maximalleistung, die von 150 Windkraftanlagen (je 2 MW) bei günstigsten Windbedingungen geliefert
werden kann. Zum Vergleich: Im Kreis Wesel sind derzeit rund 50 kleinere Windkraftanlagen mit einer
Leistung von ca. 60 MW am Netz. Im Falle von überschüssigem Strom (Überproduktion) könnte das
Übertragungsnetz um 200 MW über 6 Stunden oder 100 MW über 3 Tage entlastet werden. Die
Realisierung eines solchen Projektes könnte somit einen Beitrag zur Systemstabilität und Versorgungssicherheit in der gesamten Region leisten.
Zudem geht eine untertägige Speicheranlage mit äußerst geringen Veränderungen des Landschaftsbilds oder Auswirkungen auf die umliegenden Gemeinden einher. Schwerkraftverkehr fällt nur während der Errichtungs-/Bauzeit an. Räumlich eng begrenzte, geringfügige Setzungen sind möglich,
haben jedoch bei keinem Kavernenspeicher zu Schäden geführt.
Energiespeicher Niederrhein GmbH
Dr. Gerd Hagenguth
Dammstraße 31
47119 Duisburg
Telefon: 0203 86094530
[email protected]
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Institut für Technische Thermodynamik
Linder Höhe
51147 Köln
Tel. 02203/6010
[email protected]
www.dlr.de/tt/
EnergieAgentur.NRW GmbH
Roßstr. 92
40476 Düsseldorf
Tel. 0211/866420
[email protected]
www.energieagentur.nrw.de
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße
52428 Jülich
Tel. 02461/610
[email protected]
www.fz-juelich.de
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und
Energietechnik UMSICHT
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Tel. 0208/85980
[email protected]
www.umsicht.fraunhofer.de
Gas- und Wärme-Institut Essen e.V.
Hafenstraße 101
45356 Essen
Tel. 0201/36180
[email protected]
www.gwi-essen.de
Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V.
Bliersheimer Str. 58 – 60
47229 Duisburg
Tel. 02065/4180
[email protected]
www.iuta.de
Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
Kaiser-Wilhelm-Platz 1
45470 Mülheim an der Ruhr
Tel. 0208/3061
[email protected]
www.kofo.mpg.de
RWE Power AG
Huyssenallee
245128 Essen
Tel. 0201/1201
www.rwe.com
RWTH Aachen
Institute for Power Generation and Storage Systems
E.ON Energy Research Center
Mathieustrasse 10
52074 Aachen
Tel. 0241/8049667
[email protected]
www.m5bat.de
RWTH Aachen
Production Engineering of E-Mobility Components
Steinbachstraße 19
52074 Aachen
Tel. 0241/8027406
[email protected]
www.pem.rwth-aachen.de
Stadtwerke Lemgo GmbH
Bruchweg 24
32657 Lemgo
Tel. 05261/2550
[email protected]
www.stadtwerke-lemgo.de
STORNETIC GmbH
Stetternicher Staatsforst
52428 Jülich
Tel. 02461/657100
[email protected]
www.stornetic.com
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
Liste der ausstellenden Firmen,
Institute und Hochschulen
GASTBEITRÄGE
Ausstellung
AUSSTELLUNG
47
SPEICHER IN NRW
REFERENT*INNEN
GASTBEITRÄGE
AUSSTELLUNG
48
TH Köln
Cologne Institute for Renewable Energy (CIRE)
Betzdorfer Straße 2
50679 Köln
Tel. 0221/82750
[email protected]
www.th-koeln.de/anlagen-energie-und-maschinensysteme/cologne-institute-for-renewable-energy_13385.php
Trianel GmbH
Krefelder Straße 203
52070 Aachen
Tel. 0241/41320-0
[email protected]
www.trianel.com
Trimet SE
Haus der Metalle, Am Bonneshof 5
40474 Düsseldorf
Tel. 0211/961800
[email protected]
www.trimet.eu/de
Universität Duisburg Essen
Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft
Universitätsstraße 15
45141 Essen
Tel. 0201/1834732
[email protected]
www.uni-due.de/wasserbau/institut
Universität Paderborn
Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik (KET)
Pohlweg 55
33098 Paderborn
Tel.: +49 (0) 5251-60-4139
[email protected]
www.ket.uni-paderborn.de
Volterion
Thorsten Seipp
Tel. 0208/85981388
[email protected]
www.volterion.jimdo.com
Wasserstoff-Kompetenz-Zentrum h2herten
Doncaster-Platz 5
45699 Herten
Tel. 02366/305286
[email protected]
www.wasserstoffstadt-herten.de
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
MEET - Münster Electrochemical Energy Technology
Corrensstraße 46
Tel. 0251/8336031
[email protected]
www.uni-muenster.de/MEET
WiW - Wupperverbandsgesellschaft für integrale
Wasserwirtschaft mbH
Untere Lichtenplatzer Str. 100
42289 Wuppertal
Tel. 0202/5830
[email protected]
www.wiwmbh.de
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie
gGmbH
Döppersberg 19
42103 Wuppertal
Tel. 0202/24920
[email protected]
http://wupperinst.org
SPEICHER AUS NRW FÜR DIE ENERGIEWENDE
Kontakt:
Dipl.-Ing. (FH) Wibke Brems MdL
Sprecherin für Klimaschutz und Energiepolitik
Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN im Landtag NRW
Platz des Landtags 1, 40221 Düsseldorf
Tel.: 0211 - 884 2142
Fax: 0211 - 884 3541
[email protected]
Aktuelle Informationen zur Energiewende und Klimaschutz finden sie auf:
www.wibke-brems.de
Weitere Informationen der
Grünen Landtagsfraktion zum Thema finden Sie auf
www.gruene-fraktion-nrw.de/themen/themen-a-z/energie-klimaschutz.html
Fraktion Bündnis 90/Die Grünen
im Landtag Nordrhein-Westfalen
Platz des Landtags 1
40221 Düsseldorf
Tel.: 0211 - 884 2281
Fax: 0211 - 884 3511
[email protected]
www.gruene-fraktion-nrw.de

Downhill Hermann Wegeumlegung H, Punkte- Downhill

Der Biomasse-Luchs - EnergieAgentur.NRW

NRW Prozentsätze gemäß § 148 SGB IX

Folgeantrag zum Download - GdP

Karte_LEADER-Regionen_2014-2020

checkliste für den kauf von batteriespeichern

9. Polizei-Einstellungs-Newsletter

Junkers-Cerapursolar-Comfort-Gastherme-CSW-14-75-3-A

IT.NRW NRW-Industrie: Produktion im Februar um 2,1 Prozent

Hinweise an den Empfänger von Daten des LANUV aufgrund einer