Wenn Sie heute von Energiespeichern sprechen, denken die meisten, Sie sprechen von Batterien. Die Unterbrechung erneuerbarer Energiequellen wie Sonne und Wind bedeutet, dass manchmal mehr Strom verfügbar ist als benötigt wird. Batterien können diesen überschüssigen Strom aufnehmen und speichern, bis er in Betrieb genommen werden kann. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten, Strom zu speichern, die auf potentieller Energie beruhen.
Ein Beispiel für potenzielle Energie ist ein auf einem Berg geparkter Güterzug. Wenn an seinen Rädern Generatoren angeschlossen sind, können sie Strom erzeugen, wenn der Zug bergab rollt. Wenn überschüssiger Strom verfügbar ist, kann er denselben Zug wieder den Berg hinauf schieben.
Einige Energiespeichersysteme haben eine lange Lebensdauer, andere nicht. Ein Zug, der auf einem Berg steht, könnte all diese potenzielle Energie für Wochen, Monate oder sogar Jahre speichern. Eine Batterie verliert mit der Zeit oft etwas an Ladung, wie jeder, der sein Auto über den Winter in der Garage stehen gelassen hat, nur allzu gut versteht. Langfristige Speicherung ist theoretisch großartig, aber nicht, wenn der erzeugte Strom einen Dollar pro Kilowattstunde kostet. Der Punkt ist, dass kein System für jeden Anwendungsfall ideal ist.
Die Los Angeles Zeiten berichteten diese Woche, dass eine Reihe lokaler Regierungen einen Vertrag über 775 Millionen US-Dollar unterzeichnet haben, um in den nächsten 25 Jahren Strom aus dem größten unterirdischen Energiespeicher der Welt zu kaufen. „Wir brauchen eine vielfältige Ressourcenflotte. Diese neue Technologie ist dabei eine entscheidende Komponente“, sagte Robert Shaw, Chief Operating Officer bei Gemeinschaftsenergie an der zentralen Küste. „So kommen wir zu 100 % Erneuerbare.“ Julia Souder, Geschäftsführerin des Long Duration Energy Storage Council, fügte hinzu: „Wenn Sie stündlich, jeden Tag, jeden Monat und jedes Jahr saubere, erneuerbare Energie wollen, brauchen Sie eine langlebige Energiespeicherung.“
Der Projektentwickler ist Hydrostor, die ihren Sitz in Toronto hat. Es ist geplant, drei Schächte Tausende von Fuß in den Boden zu bohren und dann Bergleute nach unten zu schicken, um eine Reihe von Reihen und Spalten auszuheben. Wenn das Projekt im Jahr 2028 betriebsbereit ist, werden die unterirdischen Kavernen ein Gesamtvolumen haben, das in Länge und Breite zwei Fußballfeldern entspricht, und etwa 100 Meter hoch sein. Wenn erneuerbarer Strom reichlich vorhanden ist, wird Hydrostor einen Teil davon verwenden, um Luft nach unten in die Kavernen zu drücken. Wenn Central Coast Community Energy Strom benötigt, öffnet das Unternehmen ein Ventil und verwendet die Hochdruckluft, um Turbinen zu drehen, um Strom zu erzeugen.
Bisher wurden Druckluftspeicher hauptsächlich an Orten mit natürlich vorkommenden unterirdischen Salzstöcken eingesetzt, in denen Unternehmen Wasser zum Auflösen des Salzes abpumpen und große Kavernen aushöhlen können. Die einzigen zwei Druckluftsysteme, die heute in Betrieb sind, befinden sich in Salzstöcken in Alabama und Deutschland. Diese Projekte sind teilweise auf Erdgas angewiesen, um die komprimierte Luft beim Verlassen der Salzkavernen zu erwärmen, da ihre Temperatur sonst bei der Ausdehnung erheblich sinken und die Effizienz verringern würde.
Hydrostor sagt, es habe herausgefunden, wie man die beim Komprimieren von Luft erzeugte Wärme auffangen und wiederverwenden kann, wodurch der Bedarf an Erdgas eliminiert wird. Es sagt auch, dass es weiß, wie man die Mechanik in Gebieten zum Laufen bringt, in denen Höhlen aus hartem Gestein und nicht aus Salz gegraben werden müssen. Das Problem ist, dass es noch nie zuvor gemacht wurde.
Doch Goldman Sachs prüfte den Vorschlag und investierte letztes Jahr 250 Millionen Dollar in Hydrostor. Der Canadian Pension Plan folgte einige Monate später mit einer Investition von 25 Millionen Dollar. Aaron Marks, Senior Analyst beim Energieforschungsunternehmen Wood Mackenzie, sagt, er habe „ein gewisses Maß an Vertrauen“ in Hydrostor. „Bedeutet das, dass die Technologie als erste Anlage ihrer Art perfekt und ohne Probleme funktionieren wird? Ich bezweifle es“, sagte Marks LA-Zeiten. „Aber das ist kein Streik gegen die Technik.“
Druckluftspeicher sind viel weniger effizient als Batteriespeicher. Es produziert nur 60 % bis 65 % des Stroms, den es verbraucht, was darauf hindeutet, dass der von ihm bereitgestellte Strom ziemlich teuer sein könnte. Es kann auch nur etwa 8 Stunden lang Strom liefern. Aber Central Coast Community Energy glaubt, dass es sich immer noch lohnt, wenn der Lithiumpreis den Preis für Batteriespeicher in die Höhe treibt. Zudem soll das System eine jahrzehntelange Nutzungsdauer haben, die deutlich länger ist als die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien.
CCCE hat sich bereit erklärt, 200 Megawatt Strom von Hydrostor zu übernehmen. Das gesamte Projekt soll insgesamt 500 Megawatt leisten. CCCE beschloss, in Druckluftspeicher zu investieren, teilweise um Preisschwankungen in der Batteriespeichertechnologie zu vermeiden und teilweise, um die Realisierbarkeit einer Technologie zu beweisen, von der die gewählten Vertreter der Behörde glauben, dass sie letztendlich den Kunden zugute kommen wird. „Es braucht jemanden, der diese Anfangsinvestition tätigt“, sagte Shaw. „Unser Vorstand hat diese Richtung vorgegeben.“
Eric Gimon, Senior Fellow des in San Francisco ansässigen Forschungsunternehmens Energy Innovation, sagte dem LA-Zeiten Er ist skeptisch, ob Druckluftspeicher eine große Rolle im Stromnetz spielen, ist aber froh, dass die Technologie eine Chance zum Erfolg erhält. „Es ist sicherlich gut, den Werkzeugkasten zu erweitern“, sagte er.
Die Energiespeicherkraft von Sand
Erinnerst du dich an den Zug auf dem Gipfel eines Berges? Das Internationale Institut für Angewandte Systemanalyse in Österreich schlägt ein ähnliches System vor, jedoch unter Verwendung von Sand, der in verlassene Minen abgesenkt wird. Das Gewicht des Sandes würde verwendet, um Generatoren auf dem Weg nach unten in den Minenschacht zu drehen. Überschüssiger Strom würde den Sand wieder an die Oberfläche heben, wenn erneuerbare Energie im Überfluss vorhanden ist. Der Vorschlag und die Analyse waren kürzlich in der Zeitschrift erschienen Energien.
Hier ist die Zusammenfassung:
Die weltweit stattfindende kohlenstoffarme Energiewende wird vor allem durch die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Solarenergie vorangetrieben. Diese variablen erneuerbaren Energiequellen (VRE) erfordern Energiespeicheroptionen, um den Energiebedarf auf verschiedenen Zeitskalen zuverlässig abzudecken. Dieser Artikel schlägt die Verwendung einer gravitationsbasierten Energiespeichermethode vor, indem stillgelegte unterirdische Minen als Speicherreservoirs genutzt werden, wobei ein vertikaler Schacht und Elektromotoren/Generatoren zum Heben und Abladen großer Sandmengen verwendet werden.
Die vorgeschlagene Technologie mit der Bezeichnung Underground Gravity Energy Storage (UGES) kann Elektrizität entladen, indem große Sandmengen durch den Minenschacht in eine unterirdische Mine abgesenkt werden. Wenn im Netz überschüssige elektrische Energie vorhanden ist, kann UGES Strom speichern, indem Sand aus der Mine angehoben und in oberen Lagerstätten über der Mine abgelagert wird. Im Gegensatz zu Batterie-Energiespeichern ist das Energiespeichermedium von UGES Sand, was bedeutet, dass die Selbstentladungsrate des Systems Null ist, was ultralange Energiespeicherzeiten ermöglicht.
Darüber hinaus verringert die Verwendung von Sand als Speichermedium jedes Risiko einer Kontamination unterirdischer Wasserressourcen im Gegensatz zu einer unterirdischen Pumpspeicher-Alternative. UGES bietet wöchentliche bis mehrjährige Energiespeicherzyklen mit Energiespeicherinvestitionskosten von etwa 1 bis 10 USD/kWh an. Die Technologie hat schätzungsweise ein globales Energiespeicherpotenzial von 7 bis 70 TWh und kann eine nachhaltige Entwicklung unterstützen, hauptsächlich durch die Bereitstellung saisonaler Energiespeicherdienste.
Bild mit freundlicher Genehmigung von IIASA
Laut a IIASA-Blogbeitrag, „UGES erzeugt Strom, wenn der Preis hoch ist, indem Sand in eine unterirdische Mine abgesenkt und die potentielle Energie des Sandes durch regeneratives Bremsen in Strom umgewandelt wird und dann der Sand aus der Mine in ein oberes Reservoir gehoben wird, wobei Elektromotoren verwendet werden, um Energie zu speichern, wenn Strom erzeugt wird ist günstig. Die Hauptkomponenten von UGES sind der Schacht, der Motor/Generator, die oberen und unteren Lagerstätten und die Bergbauausrüstung. Je tiefer und breiter der Minenschacht, desto mehr Strom kann aus der Anlage entnommen werden, und je größer die Mine, desto höher die Energiespeicherkapazität der Anlage.“
„Um die Wirtschaft zu dekarbonisieren, müssen wir das Energiesystem auf der Grundlage innovativer Lösungen unter Nutzung vorhandener Ressourcen überdenken. Die Umwandlung verlassener Minen in Energiespeicher ist ein Beispiel für viele Lösungen, die es um uns herum gibt, und wir müssen nur die Art und Weise ändern, wie wir sie einsetzen“, sagt Behnam Zakeri, Co-Autor der Studie und Forscher am IIASA Energy, Climate, and Environment Programm.
Das wegnehmen
Druckluftspeicher und Schwerkraftspeicher sind so Low-Tech, dass sie im Vergleich zu Batteriespeichern fast lächerlich wirken. Und sie können nicht wie Batterien in Millisekunden auf Spannungs- oder Frequenzschwankungen reagieren. Dadurch entfällt eine wichtige Einnahmequelle, die dazu beitragen kann, sie rentabel zu machen. Wenn es hier eine Lektion gibt, dann die, dass es viele Möglichkeiten gibt, überschüssige erneuerbare Energie zu speichern, um die Lichter nach Sonnenuntergang und wenn der Wind nicht weht, eingeschaltet zu lassen.
Wenn das Ziel darin besteht, eine angemessene Versorgung mit zuverlässiger, zuverlässiger erneuerbarer Energie zu haben, damit wir die vielen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerke auf der Welt stilllegen können, benötigen wir so viele Werkzeuge wie möglich in unserer Energiespeicher-Toolbox.
So wie kein Elektroauto die Bedürfnisse aller Fahrer erfüllt, ist kein Energiespeichersystem für jeden Anwendungsfall ideal. Wenn Sand in einem Bergwerksschacht in West Virginia auf und ab bewegt wird und Druckluftspeicher im San Joaquin Valley in Kalifornien funktionieren, dann hurra für beide und hurra für all die anderen Energiespeicherlösungen, die dort draußen herumschwirren. Lassen wir das Perfekte nicht der Feind des Guten sein. Manchmal ist gut gut genug.
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