Projekt Energie

Biomasseverbrennung (Festbettfeuerung)

Allgemein

Funktionsweise einer Kolbenbeschickung, Kaltschmitt, M.: Energie aus Biomasse - Grundlagen, Techniken und Verfahren, 2. Auflage Berlin.

Die Festbettfeuerung zur Verbrennung von Biomasse in automatisch beschickten Anlagen lässt sich in drei Kategorien einteilen. Wie in der Abbildung 1 zu erkennen ist, werden diese Feuerungsvarianten anhand der Brennstoffzuführung kategorisiert. Dabei wird zwischen der Unterschubfeuerung, der Feuerung mit seitlichem Einschub und der Abwurffeuerung unterschieden. Diese einzelnen Arten der Festbettfeuerung sind für bestimmte Brennstoffe, wie z. B. Holzpellets oder Hackschnitzel, in verschiedenen Spezifikationen geeignet. Weiterhin sind die einzelnen Kategorien in der verfügbaren Leistungsgröße limitiert. Das bedeutet, dass die Abwurffeuerung und die Unterschubfeuerung eher für die kleinen Anwendungen, wie z. B. dem Wohnhaus- oder Kleinindustriebereich, geeignet sind. Die Festbettfeuerung mit dem seitlichen Einschub ist aufgrund der relativ frei skalierbaren Leistungsgröße besser für die Wärmeversorgung größerer Bereiche, wie z. B. einem Nah- oder Fernwärmenetz, geeignet.

Power-to-Gas: biologische Methanisierung

Allgemein

Monokultur-Reaktor zur biologischen Methanisierung, M. Sterner, I. Stadler; Energiespeicher: Bedarf, Technologien, Integration; 2 Auflage; Springer-Verlag, Berlin, 2017.

Power-to-Gas (PtG) bezeichnet einen Prozess zur Herstellung von Wasserstoff oder Methan mittels Strom aus erneuerbaren Energien. Es handelt sich um einen chemischen Prozess, der der natürlichen Photosynthese ähnlich ist und stellt eine Alternative zur Energiespeicherung dar. Die Pflanzen wandeln während der Photosynthese Kohlendioxid und Wasser zu Sacchariden bzw. Kohlenhydraten mit Hilfe von Sonnenenergie und mittels eines zweistufigen Prozesses um, während Sauerstoff in der Atmosphäre freigesetzt wird. Die Wasserspaltung (der erste Schritt der Photosynthese) erfolgt technisch beim PtG-Prozess durch die Elektrolyse. Beim zweiten Schritt wird mit Hilfe von CO2 jedoch statt Kohlenhydraten Methan generiert. Der bei der ersten Stufe erzeugte Wasserstoff oder das durch die Methanisierung erzeugte Gas kann zwischengespeichert oder direkt verwendet werden.

 

Methan gegenüber Wasserstoff

Damit Wasserstoff als Energieträger breit implementiert werden kann, ist eine entsprechende Infrastruktur notwendig, um es direkt integrierbar und verwendbar zu machen. Aktuell ist jedoch dieser Schritt so unwirtschaftlich, dass die Methanisierung von Wasserstoff trotz der hinzukommenden Kosten, der Verlusten der zusätzlichen Umformung und der Wirkungsgradminderung des ganzen Prozesses eine praktikablere Alternative darstellt. Dank seiner höheren volumetrischen Energiedichte stellt Methan mit 9,97kWh/m3 ein besseres Speichermedium gegenüber Wasserstoff (3,0kWh/m3) hinsichtlich der Speichergröße dar. Der größere Vorteil des Methans ist jedoch die Kompatibilität mit der vorhandenen Erdgasinfrastruktur beim Speichern und transportieren. Der einzige Nachteil im Vergleich zu Wasserstoff ist, dass Methan als Energieträger eine durch Faktor 3 niedrigere gravimetrische Energiedichte aufweist (13,9kWh/kg gegenüber 33,3kWh/kg-demzufolge schwerere Speicher für die gleiche Energiemenge). /1/

Sommerakademie Energiespeicherung und Energieeffizienz mit Studenten BTU C-S- und Universität Zielona Góra

Vom 23. bis zum 26. August 2021 fand die deutsch-polnische Sommerakademie Energiespeicherung und Energieeffizienz im Rahmen des Projektes „Die Kooperation der Wissenschaftspartner in der Ausbildung und beim Wissenstransfer im Bereich der Energiespeichertechnologien und der Energieeffizienz in der Region SNB" statt. An dieser nahmen Studenten der BTU Cottbus-Senftenberg und der Universität Zielona Góra teil.

Aufgrund der Einschränkungen durch die Coronavirus-Pandemie konnte die Akademie für die Studenten beider Universitäten nicht gemeinsam an einem Ort durchgeführt werden. Sie wurde auf beiden Seiten der Grenze separat realisiert, aber die Studenten absolvierten zur gleichen Zeit dasselbe Programm und hatten bei Bedarf die Möglichkeit, online Kontakt aufzunehmen.

Geplant war die Akademie für 12 Studenten (6 UZ-Studenten und 6 BTU-C-S-Studenten). 14 Personen nahmen jedoch auf Grund der hohen Nachfrage seitens interessierter Studenten tatsächlich daran teil

Projektmitarbeiter von CEBra e.V., BTU C-S und UZ haben gemeinsam ein sehr breites und interessantes Ausbildungsangebot im Bereich Energiespeicherung und Energieeffizienz erarbeitet. Das Themenspektrum ist vor allem auf die Praxis ausgerichtet. Im Rahmen der 4-tägigen Ausbildung konnten die Studenten Vorlesungen besuchen, aber auch selbstständig thematische Experimente durchführen. In den ersten beiden Tagen wurden die von deutscher Seite vorbereiteten Themen zur Erneuerbaren Energien: Windkraft, Photovoltaik, Solarthermie Energie, Energiespeicherung umgesetzt und in den nächsten beiden Tagen - vorbereitet von polnischer Seite zu den Themen Wärmespeicherung und Energieeffizienz.

Das Programm der Akademie umfasste folgende Themen:

  1. Erneuerbare Energien und ein Überblick über verschiedene Energiespeichertechnologien.
  2. Vorstellung chemischer und elektrochemischer Energiespeicher.
  3. Durchführung eigener Versuche im Bereich: Windenergie, Solarenergie, Wärmeenergie, Photovoltaik und Energiespeicherung sowie Auswertung der erzielten Ergebnisse.
  4. Vertiefung des Wissens zu Prozessen der Wärmespeicherung und -abgabe unter Verwendung von Phasenwechselmaterialien (PCM).
  5. Darstellung der Erstarrung von PCM-Materialien in verschiedenen geometrischen Systemen und Versuchsdurchführung mit Diskussion und Analyse der Ergebnisse.
  6. Einsatzmöglichkeiten der Technologie Sonnenkamin - künstliche Arbeitsbedingungen.
  7. Vertiefung des Wissens im Bereich der Energieeffizienz. Anwendungsmöglichkeiten für Wärmebilder und die Luftdichtheit der thermischen Gebäudehülle. Durchführung von Experimenten mit Diskussion und Auswerung der Ergebnisse.
  8. Die Nutzung von Sonnenstrahlung zur Wärmespeicherung in PCM-Materialien als praktikable Technologie. Durchführung eines Experiments in diesem Bereich mit Diskussion und Auswertung der erzielten Ergebnisse.

Die Sommerakademie wurde unter anderem von Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Krautz, Dr.-Ing. Anna Staszczuk, Prof. hab. Dr.-Ing. Zygmunt Lipnicki und Dr. Iwona Napierała, Ing. Steffen Swat und Ing. Piotr Grabas durchgeführt. Am Ende der Akademie erhielten die Studenten Zertifikate, die die erworbenen Kenntnisse bestätigten.

In allen Unterrichtseinheiten zeigten die Studenten großes Interesse an den vorgestellten Themen und Mitwirkung bei der Durchführung von Experimenten. Sie betonten, dass ihnen die Akademie viel Wissen zu sehr aktuellen und wichtigen Themen vermittelt habe. Für uns – die Organisatoren des gesamten Projektes, sowie Wissenschaftler und Pädagogen – ist dies die beste Belohnung für all die Mühe, die in die Vorbereitung gesteckt wurde.

Ähnliche mehrtägige Schulungen werden im Rahmen des zweiten Projektes "Energiespeicher der Zukunft in der Region Spree-Neiße-Bober" vorbereitet. Wir laden alle Studenten ein, an diesen grenzüberschreitenden Ausbildungsangeboten teilzunehmen!

Photovoltaikanlagen, Teil 2

Dünnschicht-Solarzellen

c-Si Solarzelle, Wagemann H. G.; Eschrich H.; Photovoltaik: Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarkonzepte und Aufgaben, Wiesbaden 2010. (Bild: 1/2)

Si wird auch als amorphes Silizium (a-Si) für die Herstellung von Solarzellen eingesetzt. Dank seiner effizienten Lichtabsorption, können sehr dünnere Schichten im Vergleich zum kristallinen Silizium verarbeitet werden (wenige Mikrometer), die auf ein Substrat wie Glas montiert werden. A-Si wird hauptsächlich zusammen mit anderen Materialien für die Herstellung von Tandem-Solarzellen angewendet. Es handelt sich um Zellen mit vielfach aufeinanderliegenden dünnen Schichten aus unterschiedlichen Materialien, oder aus Bereichen unterschiedlicher Phase z. B. amorphe Schichten zwischen mikrokristallinen Schichten. Der Umwandlungswirkungsgrad von marktüblichen Modulen mit Tandem-Solarzellen aus a-Si liegt mit 5% bis 12% unter dem für kristallines Si. /3/, /5/, /6/ Die entwickelten Module können Leistungen bis 1,6kW erreichen. /4/

Photovoltaikanlagen, Teil 1

Allgemein

Poly-Si Solarzelle, Wagemann H. G.; Eschrich H.; Photovoltaik: Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarkonzepte und Aufgaben; Wiesbaden 2010. (Bild: 1/2)

Der Begriff Photovoltaik bezeichnet die Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie mittels Solarzellen. Bei diesem Prozess werden die Sonnenstrahlen ohne Zwischenstufe in elektrischen Strom umgewandelt. Weitere Vorteile sind die universelle Einsetzbarkeit, geringe Betriebskosten und eine lange Lebensdauer. Dem stehen jedoch die hohen Anschaffungskosten und die geringe Energiedichte der Sonnenstrahlung gegenüber. Das Haupteinsatzfeld von Solarzellen hat sich in den letzten zwanzig Jahren aus dem Bereich von Kleingeräten und Inselanlagen hin zu netzgekoppelten Photovoltaikanlagen verlagert. Hier sind Anlagen mit mehreren MW Nennleistung inzwischen Stand der Technik. Diese Entwicklung beruht auf erheblichen technologischen Fortschritten in der Zell- und Modulfertigung sowie auf den in vielen Ländern gestarteten Markteinführungsprogrammen. /1/, /2/

Hydrothermale tiefe Geothermie, Teil 2

Geothermische Kraftwerksysteme

Funktionsprinzip eines binären Kraftwerkes (niederenthalpie-hydrothermale Geothermie), Stober I., Bucher K.; Geothermie; 2 Auflage; Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg 2014; ISBN 978-3-642-41762-7

Im Fall von niederenthalpie-Lagerstätten (sowie bei Systemen petrothermaler Geothermie) ist eine Stromerzeugung, auf Grund der niedrigen Temperatur des Mediums, nur mittels eines binären Kraftwerkprozesses machbar. Hierbei wird die thermische Energie aus der Erde in einem zweiten separaten geschlossenen Kreislauf mit Hilfe eines Wärmetauschers übertragen (siehe Abbildung 3). Die Wärmeverstromung wird in diesem Sekundärprozess mit Hilfe einer Organic Rankine Cycle (ORC) oder einer Kalina Cycle-Maschine realisiert. Der Unterschied zu den konventionellen Wasserdampf-Prozessen besteht darin, dass durch die Nutzung eines geeigneten Arbeitsmedium statt Wasser im Sekundärprozess, eine Verdampfung bereits bei geringen Betriebstemperaturen und –drücken möglich ist. Beim ORC können z. B. unsubstituierte bzw. teilfluorierte Kohlenwasserstoffe, Siloxane, Alkohole oder Ether eingesetzt werden und beim KC wird Ammoniak/Wasser verwendet. Typischer Leistungsbereich binärer Kraftwerke liegt bei 5MW. /2/

Hydrothermale tiefe Geothermie, Teil 1

Allgemein

Funktionsprinzip hydrothermale Geothermie, Agentur für Erneuerbare Energien e.V.; Energiewendeatlas Deutschland 2030; Berlin 2016

Als geothermische Energie, Erdwärme oder Geothermie wird die innere Energie der Erde gekennzeichnet, die in Form von Wärme gespeichert ist. Neben der Wellen- bzw. Gezeitenenergie und der Solarenergie stellt die Geothermie eine primäre regenerative Energiequelle dar. Auf Grund des Aufbaus der Erde weist der größere Teil unseres Planeten eine Temperatur höher als 1.000°C auf. Die Temperatur liegt im inneren festen Kern über 5.000°C (Tiefe bis über 6.000km) und im äußeren flüssigen Kern über 2.900°C (Tiefe 2.900-5.000km). Im unteren Mantel liegt die Temperatur bei 1.400-3.000°C (Tiefe 1.000-2.900km) und erst im oberen Mantel fällt sie ab einem Punkt unter 1.000°C (Tiefe 40-1.000km). Dieser Temperaturgradient hinsichtlich der Tiefe verursacht einen Wärmestrom in Richtung Erdoberfläche, der kontinuierlich ist und eine durchschnittliche Leistung von 0,065 W/m2 aufweist. Bei der Geothermie handelt es sich um die Ausnutzung der Erwärme im Bereich der Erdkruste (0-40km). Dort nimmt die Temperatur um ca. 3 K pro 100m Tiefe zu. Da die Mitteltemperatur der Erdoberfläche ca. 14°C beträgt, ergeben sich abhängig von der Tiefe unterschiedliche Möglichkeiten zur Wärmegewinnung und Nutzung der Geothermie. /1/

Einladung - 2. Workshop: Erzeugung von grünem Wasserstoff

Wasserstoff - Rückverstromungstechniken

Am 17.05.2021 findet der zweite Online-Workshop des Wasserstoff-Netzwerkes Lausitz zum Thema „Grüner Wasserstoff“ statt. Im ersten Workshop wurde durch den Lausitzbeauftragten der brandenburgischen Landesregierung eine Übersicht über die Chancen und Erfordernisse des Strukturwandels in der Lausitz gegeben, im Mittelpunkt der Themenstellung standen Elektrolysetechnologien.

Inzwischen arbeiten viele Kommunen, Institutionen und Unternehmen in der Lausitz an konkreten Wasserstoff-Projekten, sei es für die Mobilität, für stoffliche Anwendungen oder auch für die Strom- und Wärmeversorgung. Der geplante zweite Workshop beinhaltet einen umfassenden Überblick zum Thema Wasserstoff-Rückverstromung. Damit möchte das Wasserstoffnetzwerk Lausitz sowohl den Netzwerkmitgliedern als auch allen weiteren relevanten Akteuren in der Lausitz eine weitere konkrete Unterstützung geben.​​​​​

Veranstaltungsort:
Kostenloser Online-Workshop über Zoom.
Nach erfolgter Anmeldung senden wir Ihnen den Zoom-Anmeldelink rechtzeitig per E-mail zu.
 
Anmeldung:
Bei Interesse melden Sie sich bitte unter folgendem Link an: https://eveeno.com/259944282
Die Teilnahme an der Veranstaltung ist kostenfrei.

Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme.

Petrothermale tiefe Geothermie, Teil 2

Verbesserte geothermische Systeme (enhanced geothermal systems – EGS)

Potenzial der geologischen Formationen in Deutschland, Agentur für Erneuerbare Energien e.V.; Energiewendeatlas Deutschland 2030; Berlin 2016

Neben den tiefen Erdwärmesonden besteht die Möglichkeit mittels verbesserter geothermischer Systeme die petrothermale Geothermie auszunutzen. Außer dem Begriff EGS werden auch die Begriffe Stimulated-Geothermal-System (SGS), sowie Hot-Dry-Rock (HDR), Hot-Wet-Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR) und Deep Heat Mining (DHM) verwendet. Da die erzielten Temperaturen in diesem Fall bei mehr als 150°C liegen, steht die Wärmeverstromung im Vordergrund. Um Gesteine dieser Temperaturen zu erreichen, sind Tiefen von 5.000 bis 7.000m notwendig. Voraussetzung für die technische Nutzbarmachung von EGS ist die Lokalisierung bzw. das Vorhandensein von geothermischen Anomalien (Erdspalten, Rissbereiche und Klüfte im Untergrund), die als unterirdische Wärmequelle bzw. Wärmetauscher dienen können. /1/

Diese natürlich bestehenden Klüfte – auch Kluftsysteme genannt – verfügen im Allgemeinen über eine niedrige Durchlässigkeit, die jedoch vergrößert werden kann. Durch geeignete Stimulationsmaßnahmen (Einpressen von Flüssigkeit mit hohem Druck) ist es möglich größere künstliche Wärmetauscherflächen zu generieren. Nach der Stimulation wird das Wärmeträgermedium aus der Erdoberfläche (Wasser, als Fremdwasser gekennzeichnet) über eine Bohrung im Kluftsystem injiziert, um die Erdwärme zu erbeuten. Das erwärmte Wasser kehrt über Förderbohrungen (Abstand 200m bis 2.000m von der Injektionsbohrung) an die Oberfläche zurück, um die geförderte Wärmeenergie abzutransportieren (zur Dampferzeugung) und fließt anschließend wieder über die Injektionsbohrung in den Untergrund. Da Enhanced-Geothermal-Systeme nicht auf das Grundwasservorkommen zugreifen, sondern das Arbeitsmedium künstlich eingebracht wird, handelt es sich um geschlossene Systeme zur Energiegewinnung. /3/

Workshop: Erzeugung von grünem Wasserstoff

vielen Dank für Ihre Teilnahme an unserem Online-Workshop am 12.04.2021. Die Veranstaltung ist auf große Resonanz gestoßen.

Wir würden uns sehr freuen, wenn Sie an unserem 2. Workshop zum Thema Wasserstoff Rückverstromungstechniken teilnehmen werden.

Petrothermale tiefe Geothermie, Teil 1

Petrothermale tiefe Geothermie und Tiefe Erdwärmesonden

Wärmegewinnung aus petrothermalen tiefen Geothermie mit Hilfe von tiefen Erdwärmesonden; Stober I., Bucher K.; Geothermie; 2 Auflage; Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg 2014

Allgemein

Als geothermische Energie, Erdwärme oder Geothermie wird die innere Energie der Erde gekennzeichnet, die in Form von Wärme gespeichert ist. Neben der Wellen- bzw. Gezeitenenergie und der Solarenergie stellt die Geothermie eine primäre regenerative Energiequelle dar. Auf Grund des Aufbaus der Erde weist der größere Teil unseres Planeten eine Temperatur höher als 1.000°C auf. Die Temperatur liegt im inneren festen Kern über 5.000°C (Tiefe bis über 6.000km) und im äußeren flüssigen Kern über 2.900°C (Tiefe 2.900-5.000km). Im unteren Mantel liegt die Temperatur bei 1.400-3.000°C (Tiefe 1.000-2.900km) und erst im oberen Mantel fällt sie ab einem Punkt unter 1.000°C (Tiefe 40-1.000km). Dieser Temperaturgradient hinsichtlich der Tiefe verursacht einen Wärmestrom in Richtung Erdoberfläche, der kontinuierlich ist und eine durchschnittliche Leistung von 0,065 W/m2 aufweist. Bei der Geothermie handelt es sich um die Ausnutzung der Erwärme im Bereich der Erdkruste (0-40km). Dort nimmt die Temperatur um ca. 3 K pro 100m Tiefe zu. Da die Mitteltemperatur der Erdoberfläche ca. 14°C beträgt, ergeben sich abhängig von der Tiefe unterschiedliche Möglichkeiten zur Wärmegewinnung und Nutzung der Geothermie. /1/

Abhängig von der Bohrtiefe lässt sich zwischen oberflächenaher und tiefer Geothermie unterscheiden. Bei der ersten Kategorie handelt es sich um Tiefen bis zu 400m und Bodentemperaturen bis 20°C. Wärme wird mittels Erdsonden bzw. Erdkollektoren, Grundwasserbrunnen oder Wärmepumpen extrahiert und ausschließlich für Heizungs- oder Kühlungszwecke verwendet (siehe Steckbrief über Wärmepumpen). Bei der tiefen Geothermie hingegen werden tiefere Bohrungen benötigt, um Temperaturen im Bereich von 50°C (Tiefe >1.000m) und bis über 200°C (Tiefe >6.000m) auszunutzen. Auf diese Weise kann geothermische Energie mittels Zwischenschaltung eines thermodynamischen Kraft-Wärme-Prozesses sogar zur Stromerzeugung genutzt werden. /1/

Einladung - Workshop: Erzeugung von grünem Wasserstoff

am 12.04.2021 findet der erste Online-Workshop mit dem Thema "Erzeugung von grünem Wasserstoff, Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse statt.​​​​​​​

Die brandenburgische und die sächsische Lausitz gehören zu den „Energieregionen“ Deutschlands, die durch den Strukturwandel infolge des Kohleausstiegs am meisten betroffen sind. Nicht zuletzt durch das Bundes-Strukturstärkungsgesetz eröffnen sich für die betroffenen Regionen in diesem Zusammenhang neue Wege, um diesen Wandel effizient zu begleiten. ​​​​​​​

Wasserstoff, hergestellt aus regenerativen Energieträgern, wird in der Zukunft ein besonders hoher Stellenwert bei der Umstellung der Energiewirtschaft beigemessen. Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie für Deutschland hat die Bundesregierung einen Handlungsrahmen für die künftige Erzeugung, den Transport, die Nutzung und Weiterverwendung von Wasserstoff und damit für entsprechende Innovationen und die Investitionen geschaffen. Der Bund möchte mit der neuen Strategie nicht nur zur Erreichung der Klimaziele beitragen und die internationale energiepolitische Zusammenarbeit weiterentwickeln, sondern auch neue Wertschöpfungsketten schaffen.  Wasserstoff hat somit auch das Potenzial eines der wichtigsten Aushängeschilder des Strukturwandels in der Lausitz zu werden. Inzwischen gibt es eine ganze Reihe neuer Ideen für die Lausitz. Kommunen und Unternehmen arbeiten an konkreten Projekten zur Thematik Wasserstoff für die Mobilität, für stoffliche Anwendungen und für die Wärmeversorgung. Mit dem geplanten Workshop zum Thema Wasserstoff möchte das Wasserstoffnetzwerk Lausitz „Durchatmen“ den Akteuren in der Lausitz konkrete Unterstützung geben.

Veranstaltungsort:
Kostenloser Online-Workshop über Zoom.
Nach erfolgter Anmeldung senden wir Ihnen den Zoom-Anmeldelink rechtzeitig per E-mail zu.
 
Anmeldung:
Bei Interesse melden Sie sich bitte unter folgendem Link an: https://eveeno.com/600795212
Die Teilnahme an der Veranstaltung ist kostenfrei.

Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme.

Solarthermische Kraftwerke, Teil 2: Solarturm, Paraboloid (Dish-Stirling) und Aufwind

Aufwind-Kraftwerke: Testanlage in Spanien; http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2002/th2002_05_03.pdf

Solarturm Kraftwerke

Solarthermische Kraftwerke nach dem Turm-Prinzip bestehen aus hunderten bis zu einigen tausend Reflektoren, die als Heliostaten bezeichnet werden. Die Heliostaten sind so ausgerichtet, dass die einfallende direkte Solarstrahlung auf die Spitze eines in dem Heliostatenfeld errichteten Turmes fokussiert wird (siehe Abbildung 3). Der Solarturm wird aus Stahlbeton oder als Stahlgitter-Konstruktion aufgebaut und die Höhe liegt bei 60-100m für Testanlagen und bis 160m für Kraftwerke im kommerziellen Bereich. Da es sich dabei um ein Konzept mit punktförmiger Konzentration handelt, ist eine hohe Präzision erforderlich, um die reflektierte Strahlung aus allen Heliostaten auf dem gleichen Bereich zu konzentrieren. Zu diesem Zweck sind alle Spiegeln mit einem zweiachsigen Nachführungssystem vorgesehen, das computergesteuert ist. Ein auf dem Turm montierter Absorber sorgt für die Erwärmung des Wärmeträgermediums (Wasserdampf, Luft oder Flüssigsalz). Bei der Verwendung von Luft oder Flüssigsalz, wird die Wärme über einen Wärmetauscher bzw. Verdampfer ans Arbeitsmedium des Dampfkreislaufs übertragen.

Solarthermische Kraftwerke, Teil 1: Parabolrinnen-Kraftwerke und Fresnel-Kraftwerke

Beispiel eines Parabolrinnen-solarthermischen Kraftwerks, Reppich, M; Reich, G; Regenerative Energietechnik: Überblick über ausgewählte Technologien zur nachhaltigen Energieversorgung

Allgemein

Der Prozess Solarthermie umfasst alle Aspekte der thermischen Nutzung von solarer Strahlung. Das Anwendungsspektrum reicht von der einfachen Absorbermatte aus Kunststoff zur Wärmeversorgung eines Schwimmbads, die Trinkwassererwärmung bzw. Heizungsunterstützung bis hin zu den großen solarthermischen Kraftwerken im Megawatt-Bereich. Für jede dieser Anwendungen ist ein anderes Temperaturniveau erforderlich. Besonders solare Anlagen zur Trinkwassererwärmung haben sich in den vergangenen Jahrzehnten stark verbreitet und gehören heute zum technischen Standard der Heizungs- und Sanitärbetriebe. Anlagen zur solaren Heizungsunterstützung erreichen heutzutage einen Marktanteil von 30 - 40 %. Allein in Deutschland wurden in den vergangenen Jahren jährlich im Schnitt rund 1,5 Mio. m2 Kollektorfläche neu installiert. Auch der Bau solarthermischer Kraftwerke zur Stromgewinnung nimmt durch die Forschungspolitik der europäischen Länder nach Jahren der Stagnation stark an Bedeutung zu und wird aufgrund steigender Preise für fossile Energien und Strom zunehmend auch wirtschaftlich interessant

High-temperature and Redox-Flow Storage Batteries

Redox-Flow-Accumulator (Flow battery), http://newenergyandfuel.com/

High-temperature Storage Battery

Zero Emissions Battery Research Activity ZEBRA

  • Liquid electrodes, solid electrolyte (T >  270 ° C)
  • Positive electrode: Nickel chloride
  • Negative electrode: Sodium
  • Sodium-sulfur battery

Technical Specifications

  • System Size: scalable
  • Power density: 150 W / kg
  • Energy density: 100-120 Wh / kg (theoretical: 780 Wh / kg) or 400-480 Wh / l
  • Lifespan:> 10 - 15 years (> 10,000 cycles)
  • Self-discharge: no (at T = const.)
  • Investment: 300 - € 500 / kWh
  • Efficiency: 70 - 80%
  • Temperature range: 300 - 400 ° C
  • Nominal voltage: 2.6V

Electrochemical Storage: Nickel based and Lithium-Ion Accumulators

Example battery storage power station, Schwerin, source: n-tv

Nickel based Accumulator

Basic reactions during charging and discharging

  • Electrolyte: potassium hydroxide
  • Discharging reaction at the metal hydride (MH) anode (0.83 V)
  • Discharging reaction at the metal hydride (MH) anode discharge reaction (0,83 V)
  • Discharge reaction at the cathode-NiOOH (+0.49 V)
  • Total open circuit voltage: 1.23 V

Technical specifications

  • System Size: Scalable
  • Power density: 200 - 700 W / kg
  • Energy density: 25 - 80 Wh / kg and 50-170 Wh / l
  • Life span : 10 years (2,000 cycles)
  • Self-discharge: ~ 15-20% / month
  • Investment: 400 - € 650 / kWh
  • Efficiency: 80 – 90%
  • Temperature range: - 40 - 50 ° C
  • Nominal voltage: ~ 1.2V

Electrochemical Storage: Lead- acid -Accumulator

Basic reactions during charging, http://www.chemie-am-auto.de/img/content/energiespeicher/Folie_Energiespeicher.jpg

Lead acid batteries

  • The oldest type of rechargeable battery  (1859)
  • Low energy-to-weight, energy-to-volume ratios but ability to supply high surge currents (short burst of high power)
  • Low cost

Components:

Positive and negative internal plates made of lead
Plate separators made of porous synthetic material
Electrolyte, a dilute solution of sulfuric acid and water (battery acid)

Basic reactions during charging and discharging

  • Typical electrolysis: diluted sulfuric acid (water:acid ratio 3:1)
  • Positive plate PbO2 (Lead dioxide)
  • Negative plate Pb

Electrochemical Storage Accumulators

Accumulator

  • Accumulator (energy) - an apparatus for storing energy or power
  • Different  types with different materials
  • Voltage of the battery cell is determined by the materials
  • Capacity and current depends on the size
  • For higher voltages, series circuits are required (Ex. classic car battery with 6 x 2V secondary cells = 12 V)

How does a battery works?

  • Galvanic cell - electrochemical cell that generates electricity from movements of electrons from one element to another
  • Changes in the oxidation numbers (indicator of the loss of electrons in a chemical compound)
  • Oxidation (loses electrons)  and Reduction (gains electrons)
  • The ion or molecule that accepts electrons is called the oxidizing agent (by accepting electrons it causes the oxidation of the other)
  • What donates electrons is called the reducing agent

Electrical and Electrochemical Storage Introduction

Grid optimized storage, Source: IRENA (2015) Battery Storage Report
Electrical storage systems
  • Battery storage à technology stores energy chemically
  • Autonomous supply
  • Portable Applications: computer, cell phone, watch, camera (lithium-ion favourite for portable electronic devices)
  • Mobile applications: forklifts, spaceships, cars, ...
  • Energy sector
  • Batteries can be located at the point of demand or at the grid level

Applications:

  • Households (with PV)
  • Fast responding resources (variable renewable energy smoothing)
  • Off grid / rural / island electrification

Wasserstoff-Spiegel Nr. 6/20

www.dwv-info.de/wasserstoff-spiegel

Allgemeines

f-cell erfolgreich beendet
Zwei Tage lang trafen sich Vertreter der Wasserstoff- und Brennstoffzellenbranche aus aller Welt Ende September auf der Fachveranstaltung f-cell. Einige live im Haus der Wirt-schaft in Stuttgart, andere digital verteilt über den gesamten Globus.

Teilnehmer konnten die f-cell vor Ort im Stuttgarter Haus der Wirtschaft oder live vor dem Rechner verfolgen. An den zwei Veranstaltungstagen am 29. und 30. September hatten sich über 650 Beteiligte für die f-cell registriert. (Pressemitteilung der Peter Sauber Agentur vom 1. Oktober 2020)

Weltkonferenz von zu Hause aus
Eine internationale Wasserstoffkonferenz mit über 11.000 Teilnehmern, und dann noch in Verbindung mit einer Ausstellung mit 77 Ausstellern, wäre an sich schon ein bemerkenswertes Ereignis. Dass das alles online geschah, war aber nach unseren Informationen eine Weltpremiere. Die Hydrogen Online Conference am 8. und 9. Oktober war das bisher größte Projekt des erst am 1. März dieses Jahres gegründeten Unternehmens Mission Hydrogen. Das Programm lief von 06:00 Uhr am 8. Oktober (deutscher Zeit) 24 Stunden ununterbrochen bis 06:00 Uhr am 9. Oktober. 30 Referenten hielten ihre Vorträge, und es waren zahlreiche hochkarätige Persönlichkeiten aus Industrie, Politik und Forschung dabei.

Mehr Informationen finden Sie unter dem Link: www.dwv-info.de/wasserstoff-spiegel

Elektrochemische Speicher Teil 2, Nickel-Batterien

Nickel Cadmium Akku, www.batterie-info.de
Nickel-Eisen Batterien:
  • Erfunden von Junger und Edison zu Beginn des 20. Jahrhunderts.
  • Positive Elektrode – Nickelhydrooxid, negative Elektrode – Eisen.
  • Elektrolyt – Kalilauge.
  • Reaktion - 2NiOOH.H₂O + Fe ↔ 2Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂
  • Aktive Masse besteht aus Stahlrahmen, die Taschen aus Lochblech tragen.
  • Sehr widerstandsfähige Batterie gegen Überladung und Kurzschlüsse.
  • Sehr lange Akkulaufzeit (zyklisch und kalendarisch).
  • Im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien haben diese Batterien eine niedrigere Nennspannung von 1,3 V.
  • Diese Batterien können aufgrund der stabilen Elektrolytkonzentration bei sehr niedrigen Temperaturen verwendet werden.
  • Diese Batterie hat im Vergleich zu früheren Bleibatterien bessere Eigenschaften (höhere Energiedichte und Lebensdauer).

Elektrochemische Speicher Teil 1, Blei-Säure Batterie

Schema einer Blei-Säure-Batterie, www.chemgapedia.de (Bild: 1/3)
  • Die Batterie wurde in Frankreich in 1859 (Gaston Plante) erfunden.
  • Die Serienproduktion im industriellen Maßstab begann Ende des 19. Jahrhunderts (Henri Tudor 1887).
  • Die Batterie gehört zu Akkumulatoren (widerholbare Wandlung).
  • Die erste praktische Anwendung der Batterie für die Energiespeicherung.
  • Die Blei-Säure Batterie zeichnet sich durch eine sehr niedrige Energiedichte (bezogen sowohl auf Masse als auch auf Volumen) aus. Es kann jedoch sehr hohe Werte für elektrischen Strom liefern, was bedeutet, dass diese Batterie einen signifikanten Wert für die Leistungsdichte aufweist.
  • Diese Eigenschaften machen zusammen mit den geringen Anschaffungskosten Blei-Säure-Batterien vor allem in der Automobilindustrie als Starterbatterie für Motoren attraktiv.

Ausblick für die Forschung und Entwicklung der Speichertechnologien

Wichtige Kriterien für die Entwicklung von Speichern nach DLR

Bei der Entwicklung der Speichertechnologien gibt es einen großen Bedarf und ein großes Potenzial. Die Reifegrade einzelner Technologiepfade sind sehr unterschiedlich ausgeprägt. Ausgereifte Technik gibt es beispielsweise bei den Pumpspeicherwerken, Blei-Säure-Batterien, sensiblen Wärmespeichern und Porenspeicher für Methangas.
Nachfolgend sind Stärken und Schwächen einzelner Technologien (eingegrenzt für den Bereich thermische und mechanische Speicher) dargestellt.

 

Anforderungen an Speicher der Zukunft

Die Anforderungen an die Energiespeicher der Zukunft wurden durch das DLR, dem Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt, wie nachfolgend dargestellt, zusammengefasst. Bemerkenswert in der Übersicht ist die Forderung einer hohen Energiedichte der zu entwickelnden Speichersysteme.

Übersicht der Speichersysteme und deren Einordnung im Komplex der Energiesystemdienstleistungen, Teil 3

Vergleich verschiedener volumetrischer Energiedichten

1.      Technologien der Energiespeicherung

Übersicht und Vergleich

Die Technologien der Energiespeicherung zeichnen sich durch eine große Vielfalt aus. Es sind als Vergleichskriterium sehr unterschiedliche Kriterien nutzbar (technische Eigenschaften, Funktion, Anwendungsfälle, Einsatzzeitpunkt, Einsatzort etc.).


Entscheidende Parameter für die praktische Anwendung und Wirtschaftlichkeit sind:

  • Investitionskosten,
  • Wirkungsgrade,
  • Energiedichten,
  • Zyklenzahlen.

Übersicht der Speichersysteme und deren Einordnung im Komplex der Energiesystemdienstleistungen, Teil 2

Innenansicht des Batteriespeichers, Feldheim

Bei dieser Klassifizierung erfolgt die Unterscheidung nach der Form der gespeicherten Energie in:


Physikalisch energetische Klassifizierung

  1.  Elektrische Energie, Elektrostatische oder Elektromagnetische Energie
  2.  Chemische Energie (auch Bindungsenergie)
  3.  Mechanische Energie (auch potenzielle und kinetische Energie)
  4.  Thermische Energie (auch kalorische Energie oder Wärme und Kälte)

Diese vier Energieformen kann man in weitere Untergruppen teilen. So kann man die mechanischen Energiespeicher in potenzielle Energiespeicher (Pumpspeicher) und in kinetische Energiespeicher (z.B. Schwungrad) weiter einteilen.

Mechanische Speicher nutzen aus, dass ein gasförmiges, flüssiges oder festes Medium aufgrund seiner Lage (Potenzial), seiner Geschwindigkeit (Kinematik) oder seines thermodynamischen Zustandes (Druck) eine gewisse Energie aufweist. Sie sind überwiegend sekundäre Speicher. Zu ihnen gehören Druckluftspeicher, Pumpspeicher, Lageenergiespeicher, Schwungräder und Federn.

Übersicht der Speichersysteme und deren Einordnung im Komplex der Energiesystemdienstleistungen, Teil 1

Batteriestand, BTU Cottbus-Senftenberg (Bild: 1/2)

1.       Definition von Speichern

Speicher sind Einrichtungen und Anlagen zur Vorratshaltung und Lagerung von Gütern. Sie dienen dem zeitlichen Ausgleich von Aufkommen/Erzeugung und dem Verbrauch. Dabei ist der Energieträger, der Stoff, der Energie eingespeichert hat. Energie bzw. Strom ist ein Gut, welches speicherbar ist. Die Energiespeicherung beinhaltet dabei drei Phasen:

1. Einspeicherung/Laden;
2. Speichern;
3. Ausspeichern/Entladen.

Dabei können die drei Phasen in einem Schritt integriert oder einzeln realisiert werden. An einem Beispiel für die mechanische Speicherung soll das erklärt werden. Bei einem Pumpspeicherwerk besteht das Speichersystem aus dem Oberbecken, dem Pumpwerk und dem Unterbecken. Die Speicherkapazität (potenzielle Energie) hängt von der Menge des Wassers und von der Höhendifferenz zwischen Ober- und Unterbecken ab. Das Einspeichern der Energie erfolgt über eine Pumpe, welche Wasser aus dem Unterbecken in das Oberbecken pumpt. Dann steht die gespeicherte Energie zur Verfügung und kann bei Bedarf mit Hilfe der Turbine und des Generators rückverstromt werden.

Technische Kennwerte von Batterien

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  1. Zellspannung - ist die elektrische Spannung einer einzelnen elektrochemischen Zelle d.h. die Differenz der Elektrodenpotenziale der eingesetzten Elektroden. Die Einheit der Zellspannung ist Volt.
  2. Kapazität - die Ladungsmenge, die in einer Batterie gespeichert werden kann. Die Kapazität der Batterien hängt von vielen Faktoren z.B. Temperatur, Entladestromstärke ab. Die Kapazität der Batterien wird in Ah (Amper-Stunden) oder C (Coulomb) gegeben. Die Interpretation der Kapazität ist folgend. Wenn eine Batterie eine Kapazität von 100 Ah hat, fließt Strom 1 A über 100 Stunden bis die Batterie entladen ist bzw. fließt ein Strom 100 A über 1 Stunde. Hiermit muss man aber die Abhängigkeit der Kapazität von dem Entladestrom berücksichtigt werden. Generell je langsamer mit geringer Stromstärke entladen wird desto Batteriekapazität größer wird. Die Temperaturabhängigkeit der Kapazität muss auch in Betracht bezogen werden. Die Kapazität nimmt zu mit steigender Temperatur.
  3. Energieinhalt - ergibt sich aus Produkt von Zellspannung und Kapazität der Batterie. Die Einheit ist Ws (Wattsekunde).

Ideenwettbewerb „Wasserstoffrepublik Deutschland“

Sofortinitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie der Bundesregierung

Erwartet werden Projektvorschläge zu hochinno­vativen Lösungen für Kernfragestellungen Grünen Wasserstoffs entlang der gesamten Wertschöpfungskette (Erzeugung, Speicherung, Transport sowie Nutzung einschließlich Rückverstromung). Dabei sollen insbesondere Fragestellungen der Materialforschung sowie mögliche Schlüsseltechnologien der nächsten und übernächsten Generation in den Blick genommen werden. Ferner sind auch System­studien zur Integration von Grünem Wasserstoff in das Energiesystem (z.B. Simulationen, techno-ökonomische Analysen, Pfadbewertungen) als Beitrag zum Monitoring/zur Weiterentwicklung der Wasser­stoffstrategie förderfähig [Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung].

Mehr Informationen finden Sie unter www.ptj.de/projektfoerderung/anwendungsorientierte-grundlagenforschung-energie/ideenwettbewerb-gruener-wasserstoff

Ermittlung des Druck- und Temperatureinflusses auf die Stromdichte-Zellspannungs-Charakteristik einer fortschrittlichen alkalischen Druckelektrolyseanlage - Teil 2

Stromdichte-Zellspannungs-Kennlinien für verschiedene Drücke bei 50 ° C; U. Fischer, LS Kraftwerkstechnik BTU C-S

Messreihen

Die Aufnahme der Stromdichte-Zellspannungs-Kennlinien wurde für bestimmte Versuchsreihen durchgeführt (siehe die Downloads).

Hierzu wurden bei konstanter Elektrolytumwälzung für jedes Druck-Temperatur-Paar die verschiedenen Stromdichten einzeln eingestellt. Die Aufnahme der Zellspannung erfolgte direkt am Stack. Bei den folgenden Betrachtungen wird der über 22 Zellen gemittelte Zellspannungswert verwendet. Die Versuchsreihen wurden ohne den Einsatz externer Kühlung oder Heizung durchgeführt um die Temperaturspreizung zwischen Stackeingang und –ausgang möglichst gering zu halten. Die Temperatureinstellung erfolgte lediglich durch die Variation der Stromdichte. Als Referenzmessstelle für die Temperaturmessungen diente der wasserstoffseitige Stackausgang.