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Druckluftspeicherkraftwerke - eine sinnvolle Alternative zur Energiespeicherung?

Dipl.-Ing. Friederike Kaiser
Energie-Forschungszentrum Niedersachsen, Goslar

Wirkungsgradbestimmung von Druckluftspeicherkraftwerken

ENERGIESPEICHER | Der Stromspeicher-Wirkungsgrad von brennstoffbetriebenen Druckluftspeicherkraftwerken (Compressed Air Energy Storage, kurz CAES) ist nicht trivial zu definieren, da der energetische Beitrag der Eingangsenergien Strom und Brennstoff an der elektrischen Austrittsenergie nicht eindeutig ist. Es gibt verschiedene Ansätze, technisch sinnvolle Stromspeicher-Wirkungsgrade für CAES zu berechnen. Bisher konnte sich jedoch keine Methode durchsetzen, da eine echte Vergleichbarkeit mit dem Wirkungsgrad von reinen Stromspeichern wie Pumpspeichern und Batterien nicht gegeben ist. In diesem Beitrag wird daher eine neue ökonomische Sichtweise vorgestellt, bei der ein ökonomisch-äquivalenter Koeffizient  definiert wird, der direkt mit Stromspeicher-Wirkungsgraden verglichen werden kann.


Druckluftspeicherkraftwerk Huntorf. Blick vom Niederdruckverdichter über den Generator zu den Brennkammern.
Druckluftspeicherkraftwerk Huntorf. Blick vom Niederdruckverdichter über den Generator zu den Brennkammern.
Bild: Uniper

Um verschiedene Stromspeicher vergleichen zu können, müssen geeignete charakteristische Werte definiert werden [1 bis 4]. Typischerweise werden Leistung, Kapazität und Kosten genannt, aber auch andere Faktoren wie Schwarzstartfähigkeit, Marktreife und Ressourcenaufwand sind wichtige Kriterien. Omnipräsent in Vergleichen von Stromspeichern ist der Wirkungsgrad, der angibt, wie viel des eingespeicherten Stroms nach Durchlauf durch den Speicher noch zur Verfügung steht. Er ist definiert als Verhältnis von elektrischer Arbeit, die beim Entladen in das Netz eingespeist wird (WEntladen), zu elektrischer Arbeit, die beim Laden dem Netz entnommen wird (WLaden):


Die Wirtschaftlichkeit von Stromspeichern hängt einerseits ganz wesentlich vom Investitionsaufwand und andererseits von den Verdienstmöglichkeiten ab. Vereinfacht man die Einnahmen von Stromspeichern auf den gewinnbringenden Ein- und Verkauf von Strom zu unterschiedlichen Preisen, dann können diese mit folgender Gleichung abgeschätzt werden:
Einnahmen = Σ (WEntladen · pEntladen) – Σ (WLaden · pLaden)   (2)
wobei p der Strompreis ist, der beim Laden niedriger sein soll als beim Entladen. Mit dem Wirkungsgrad wie in Gleichung (1) kann dann nach den dimensionslosen Einnahmen umgestellt werden:

Dies verdeutlicht, dass der Wirkungsgrad nicht nur eine wesentliche technische, sondern auch eine entscheidende ökonomische Größe ist, da er die minimal erforderliche Strompreisdifferenz für den wirtschaftlichen Betrieb von Speichern bestimmt.


Druckluftspeicherkraftwerke

Druckluftspeicherkraftwerke (CAES) werden zumeist zusammen mit Pumpspeicherkraftwerken als mechanische Stromspeicher genannt. Beide Technologien haben gemein, dass große Anlagen (> 100 MW) bereits seit mehreren Jahrzehnten im kommerziellen Betrieb erprobt sind; eine hohe Zyklenfestigkeit ist erwiesen; die Arbeits- und Speichermedien (Luft beziehungsweise Wasser) sind günstig und umweltfreundlich. Der wesentliche Unterschied beider Technologien ist jedoch, dass das Speichermedium Luft kompressibel ist und somit beim Einspeichern (Kompression) Wärme entsteht und beim Ausspeichern (Expansion) Wärme zugeführt werden muss.

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Den vollständigen Artikel lesen Sie bitte hier:
http://www.ingenieur.de/BWK/2016/Ausgabe-11/Energie-Forum/Wirkungsgradbestimmung-von-Druckluftspeicherkraftwerken

Quelle: BWK Bd. 68(2016) Nr. 11

FNNR Borsumer Kaspel e.V., Meisterberg 2, 31162 Bad Salzdetfurth
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