Scheitert die Energiewende? (eBook)

Fakten und technische Argumente

Alwin Burgholte (Autor)

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2021 | 1. Auflage
172 Seiten
tredition (Verlag)
978-3-347-33346-8 (ISBN)

Infos

Kann die Erderwärmung gestoppt und das Klima gerettet werden? Zwei substantielle Fragen, die unsere Politiker schon für sich beantwortet und mit gravierenden Änderungen durch Gesetze und Verordnungen unter dem Stichwort »Energiewende« beschlossen haben. Bedauerlicherweise bleibt dabei aber die Verhältnismäßigkeit auf der Strecke! Die mangelnde technische Sachkenntnis der Entscheidungsträger verhindert auch ihre geringsten Zweifel an den Beschlüssen, auch wenn immer häufiger auf die Gefährdung unserer Stromversorgungssicherheit hingewiesen wird. Aus technischen Gründen ist die Energiewende so nicht zu realisieren. Darum dieses Buch. Auf der Grundlage anerkannter Fakten und der Vorstellung der aktuellen Situation unserer Energieversorgung werden die technischen und wirtschaftlichen Zustände beschrieben. Die Beschlüsse zur Energiewende werden kritisch hinterfragt und auf ihre Realisierbarkeit geprüft. Wie Wissenschaft und Medien die politisch vorgegebenen Ziele unterstützen, macht schon nachdenklich. Sie bestimmen den Mainstream. Alternative Möglichkeiten zur Schonung der Ressourcen und zur Reduktion der Emissionen werden nicht aufgegriffen. Die zunehmenden negativen Auswirkungen auf die Wirtschaft durch den massiven Zubau von Wind- und Solaranlagen bei einseitiger Förderung durch das EEG werden nicht zur Kenntnis genommen. Die in diesem Buch angesprochenen Themen werden nicht wissenschaftlich und akademisch behandelt. Leicht verständlich und mit vielen praktischen Beispielen sollen die Leser eine neue, auch kritische Einstellung zu künftigen technischen und wirtschaftlichen Entwicklungsmöglichkeiten unserer Energieversorgung kennenlernen, denn auch in Zukunft ist eine sichere Energieversorgung unverzichtbar.

Prof. Dipl.-Ing. Alwin Burgholte war im Fach¬be¬reich Ingenieurwis¬senschaften der Jade Hoch¬schule am Studienort Wil¬helmshaven zuständig für den Bereich Lei¬stungs¬elektro¬nik, und Elektromag¬netische Ver¬träglichkeit (EMV). Im For¬schungs¬schwer¬punkt Elektromagne¬tische Verträg¬lichkeit be¬arbeitet er die Fachge¬biete Netz-rückwirkun¬gen/Power Quality, die Geräte-EMV mit CE-Zertifizierung und die Elektromagnetische Umweltverträglichkeit ( EMVU). In Rahmen des Technologietransfers hat er mehr als 20 Jahre Erfahrung in der messtechnischen Untersuchung von Störproblemen in der elektrischen Stromversorgung, insbesondere auch auf die Ermittlung der Störursachen. Er arbeitete an zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten, deren Ergebnisse auf diversen Fachkongressen vorgestellt und publiziert wurden und führt Tagesseminare zum Thema Power Quality durch.

Textauszug

2. Stromspeicher

Stromspeicher für große Energiemengen sind weder technisch noch physikalisch und heute auch nicht wirtschaftlich absehbar.

 Batterien sind als Speichermedium nur für Sekunden, Minuten oder Stunden geeignet.

 Derzeit speichern 36 Pumpspeicherwerke 37,4 GWh. Sie könnten eine maximale Leistung von 6,7 GW für 4 bis 8 Stunden liefern. Eine Überbrückung von 14 Tagen Dunkelflaute würde 21 TWh erfordern. Dafür wären insgesamt 20 000 Pumpspeicherkraftwerke erforderlich, was absolut nicht realisierbar ist. Außerdem kann die Wirtschaftlichkeit von Pumpspeicherkraftwerken nur erreicht werden, wenn im Tagesrhythmus Ein- und Ausspeicherung stattfindet und die Einkaufs- und Verkaufspreise dazu passen.

Bild 22 zeigt eine Übersicht der erreichbaren gemittelten Werte der Volllaststunden regenerativer Anlagen für die Jahre 2018 bis 2030 in Deutschland71.

Bild 22. Volllaststunden für ganzjährig betriebene Anlagen (Quelle: Öko Institut)

Zur Abdeckung der fehlenden Volllaststunden sind Speicher erforderlich:

 bei Solarenergie für 7853 Stunden,

 bei Wind Onshore-Anlagen für 6338 Stunden und

 bei Wind Offshore-Anlagen für 4938 Stunden

5000 Stunden, das sind 208 Tage oder 57% eines ganzen Jahres!

7853 Stunden, das sind 327 Tage oder 90% eines ganzen Jahres!

2.1 Akkumulatoren

Akkumulatoren und Batterien speichern elektrische Energie in Form chemischer Energie. Akkumulatoren sind wieder aufladbar, Batterien können nur einmal entladen werden. Die physikalische Grundlage dafür bietet die elektrochemische Spannungsreihe, eine Auflistung von Redox-Paaren nach ihrem Standardelektrodenpotential72.

Seit vielen Jahrzehnten hat sich der Bleiakkumulator (kurz Bleiakku) bewährt. Genutzt wird bei ihm die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden Bleioxyd (Pluspol) und Blei (Minuspol). Über den Elektrolyten Schwefelsäure fließen die Elektronen beim Entladen über die Last vom Pluspol zum Minuspol und bauen so die Oxydschicht ab. Durch Stromzufuhr dreht sich dieser Vorgang um; die Oxydschicht wird wieder aufgebaut. Bekannt sind aber auch die Nachteile dieses Verfahrens:

• Mit 0,11 MJ/kg, das entspricht 30 Wh/kg oder 0,03 kWh/kg, ist der Bleiakku relativ schwer und hat eine geringe Speicherfähigkeit.

• Die Nennspannung einer Zelle beträgt 2 V. Diese Spannung schwankt jedoch je nach Ladezustand und Lade- oder Entladestrom zwischen ca. 1,75 V und 2,4 V.

• Beim Säure-Akku werden Ladezyklen von ca. 300 bis 500 und beim Gel-Akku von 400 bis 600 bis zum Lebensende erreicht.

• Die Lebensdauer wird aber wesentlich von äußeren Umwelteinflüssen wie Temperatur und Spannungsüberwachung mitbestimmt und bezieht sich auf eine Restkapazität von 80%.

Die möglichen Ladezyklen schwanken dabei zwischen 300 bis 600 bei Blei Akkumulatoren und zwischen 500 und 800 bei Lithium-Ionen-Akkus. Die Lebensdauer liegt beim Bleiakku zwischen 5 bis 8 Jahren und beim Lithium-Ionen-Akku zwischen 10 bis 15 Jahren73.

Auf dem Gebiet der Elektromobilität hat der Lithium-Ionen-Akku inzwischen eine dominierende Stellung eingenommen. Er zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte und Lebensdauer aus. Die Nenn-Zellenspannung beträgt 3,7 Volt, seine gespeicherte Energiedichte beträgt 170 Wh/kg, das sind 0,17 kWh/kg. Mit Lithiumkobaltnickel (LiNiCo) erreicht man sogar bis 240 Wh/kg. Die Ladeschlussspannung liegt bei 4,1 bzw. 4,2 Volt und muss auf 50 Millivolt genau eingehalten werden, sonst wird die Zelle zerstört. Die unterste Spannungsgrenze liegt bei 2,5 Volt. Darunter wird die Zelle beschädigt. Eine Tiefentladung unterhalb 2,4 V kann den Akku dauerhaft schädigen, ebenso wie eine zu hohe Zellentemperatur. Hersteller empfehlen eine Lagerung bei 15°C und einem Ladestand von 60 %, um einen Kompromiss zwischen beschleunigter Alterung und Selbstentladung zu erreichen. Ein Akku sollte etwa alle sechs Monate auf 40 bis 60 % nachgeladen werden. Zurzeit gilt die Faustregel, dass in einem E-Mobil ein Li-Ionen-Akku nach ca. fünf Jahren ca. 30 % seiner Kapazität eingebüßt hat74. Der Kapazitätsverlust ist abhängig von dem Alter und den Ladezyklen. Generell sollte das Entladen unter 40 % vermieden werden, weil es bei »tiefen Zyklen« zu größeren Kapazitätsverlusten aufgrund irreversibler Reaktionen in den Elektroden kommen kann. Grundsätzlich ist es besser, Li-Ionen-Akkus »flach« zu zyklen, wodurch sich deren Lebensdauer verlängert. Tesla weist deshalb auch darauf hin, dass Schnellladungen nur höchstens dreimal nacheinander durchgeführt werden sollten.

Die Brandgefahr der Li-Ionen Akkus wurde am Mittwoch, 13. Mai 2020 deutlich. Gleich sechs elektrobetriebene Streetscooter-Transporter der Post wurden im Verteilzentrum Peine geladen und standen um 0: 00 Uhr plötzlich in Flammen, ähnlich dem Fall Ende März 2020 in Weyhe bei Bremen, wo auch Streetscooter brannten. Auch sind schon viele E-Mobile in Flammen aufgegangen. So am 17.02.2021 ein nagelneuer VW-Golf-Hybrid, Tachostand 300 km, der während der Fahrt explodierte und dann erst gelöscht werden konnte, nachdem er komplett unter Wasser getaucht wurde75.

Auch kleinere Li-Ionen-Akkus sind gefährlich. So warnt der Südwestrundfunk vor Akkubränden in PCs, Smartphones, E-Bikes oder E-Zigaretten76.

Intensiv wird an neuen Akkukonzepten geforscht. So hat Tesla mit einem chinesischen Hersteller den kobaltfreien Eisenphosphat Akku (LiFePO) eingeführt77.

Im März 2017 kündigte die EWE (AG) den Bau eines Batterie-Hybridgroßspeichers in Varel zur Netzunterstützung an78,79. 24 Millionen Euro investierte das japanische Konsortium Nedo in die neue Technologie, die Energie speichert und verteilt. Die Einspeisung erfolgt in das 20 kV-Netz, die Kapazität wird mit 22,5 MWh und die maximale Leistung mit 11,5 MW angegeben. Geworben wird damit, dass 25 000 Haushalte fünf Stunden mit Strom versorgt werden können. Rechnet man aber einmal nach, wieviel Leistung dann jedem Haushalt zur Verfügung stünden, ist man doch sehr erstaunt. 22,5 MWh geteilt durch 25000 Haushalte x 5 h, entspricht 180 W verfügbarer Dauerleistung über fünf Stunden je Haushalt. Mit der genannten Leistung von 11,5 MW für 25000 Haushalte gerechnet, ergeben sich 460 W durchschnittliche Leistung pro Haushalt. Eine Notbeleuchtung ist damit gesichert! EWE hat die Anlage im Mai 2020 in den regulären Netzbetrieb übernommen.

All dies sind verwirrende Zahlen, die für die Allgemeinheit nicht nachvollziehbar sind, aber entsprechenden Optimismus suggerieren sollen.

Auch der Vergleich der Batterie-Investitionskosten von 24 Millionen Euro mit den Investitionskosten für Kraftwerke geht sehr negativ aus. Für eine nur begrenzt verfügbare Leistung von 11,5 MW sind 2174 € pro 1 kW Investitionskosten erforderlich. Die Investitionskosten für Kohlekraftwerke liegen im Bereich 1000 bis 1800 €/kW oder bei GuD-Kraftwerken bei 500 bis 1000 €/kW. Dazu kommt noch, dass die Kraftwerke eine Verfügbarkeit zwischen 4000 bis 8000 Stunden im Jahr haben und ihre Lebensdauer mehr als 40 Jahre beträgt, die Lebensdauer der Akkus dagegen nur 10 bis 15 Jahre.

Alternativ plant EWE einen Redox-Flow-Speicher in Salzkavernen!

Die EWE-Tochter für Gasspeicher will nach eigenen Angaben die größte Batterie der Welt bauen. Dabei soll das bekannte Prinzip der Redox-Flow-Batterie (erstes Patent wurde 1949 Walther Kangro von der TU Braunschweig erteilt), bei dem elektrische Energie in einer Flüssigkeit gespeichert wird, mit neuen, umweltverträglichen Komponenten in unterirdischen Salzkavernen angewendet werden80.

Die elektrische Energie wird dabei in zwei Elektrolyten aus gelösten Salzen getrennt gespeichert. Die Zusammensetzung der Elektrolyte bestimmt die Zellenspannung und die Energiedichte. In der Praxis werden die Systeme mit geschlossenen Kreisläufen ausgeführt. Die eigentliche galvanische Zelle wird durch eine Membran in zwei Halbzellen geteilt. An der Membran fließt der Elektrolyt vorbei.

Die Halbzelle wird durch eine Elektrode abgegrenzt, an der die eigentliche chemische Reaktion in Form einer Reduktion oder Oxidation abläuft81,82,83.

Größter Schwachpunkt aktueller Redox-Flow-Batterien ist ihre Abhängigkeit von der hochpreisigen Ressource Vanadium, das auch in der Stahlindustrie begehrt ist. Deshalb konzentrieren sich die aktuellen Forschungen u.a. auf die Verwendung von Lignin als Ausgangsstoff. Lignin gilt aufgrund seiner chemischen Eigenschaften in Kombination mit seiner Umweltfreundlichkeit, seiner weiten Verfügbarkeit und seiner niedrigen Kosten als vielversprechender Rohstoff für metallfreie Redox-Flow-Batterien zur Energiespeicherung in großen stationären Speichern, wie sie die Kavernen bieten. Es wird für möglich gehalten, dass Flowzellen auf Ligninbasis zukünftig einen Speicherwirkungsgrad von 90% und Speicherkosten von...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 8.6.2021
• Verlagsort: Ahrensburg
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Sachbuch/Ratgeber ► Natur / Technik ► Naturwissenschaft
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: gesichert • Mainstream • Stromspeicher • Stromversorgung • Wissenschaft
• ISBN-10: 3-347-33346-2 / 3347333462
• ISBN-13: 978-3-347-33346-8 / 9783347333468