Hallo
hat zwar nicht mit dem Thema zu tun---hast du meine priv. Antwort erhalten ?
gruß
Erwin
Es gibt da noch einen interessanten Stoff, der den Vorteil hat, die Wärme nicht thermisch über seine Wärmekapazität, sondern chemisch zu speichern...
Die Ausgangsüberlegung dazu ist ja, nicht aufzuhören, wenn die EE gerade so den Energiebedarf decken (dann sind die Speicherkosten maximal), sondern weiter zuzubauen, bis die Gesamtkosten (Erzeugung + Speicherung) minimiert sind.
Das hätte in den Sommermonaten zur Folge, dass reichlich kostengünstiger Strom verfügbar wäre.
Das würde neben der thermischen Speicherung des Stroms in großen Pufferspeichern auch Möglichkeiten eröffnen, so verwegene Dinge wie CO2-Extraktion aus der Atmosphäre anzugehen. Wo ja manche Experten der Meinung sind, es bliebe uns gar keine andere Wahl, als auf diese Art das Klima-Rad zurückzudrehen.
Naja, jedenfalls hab ich mir dieser Tage - ausgehend von Kalilauge, die ja als Akku-Elektrolyt genau wegen ihrer Fähigkeit, CO2 zu binden Probleme macht - mal überlegt, welcher absolut billige, umweltfreundliche, reichlich verfügbare Werkstoff denn noch so existiert, mit dem man im Idealfall einen Kreislauf fahren könnte, der aus CO2-Aufnahme und CO2-Abgabe besteht. Und am Besten die CO2-Aufnahme so, dass die ohne große Technik passiert und im Idealfall nichts oder höchstens ein Rührwerk benötigt.
Da ist mir der Kalk-Kreislauf eingefallen. Denn Zement wird ja zunächst aus gebranntem und dann gelöschtem Kalk hergestellt. Er bindet ab und karbonatisiert nach und nach unter Bindung von Kohlendioxid. Im Beton geht das sehr langsam, aber vielleicht könnte man das auch beschleunigen (poröse Materialen, Katalysator)?
Dabei gibt es zwei exotherme Vorgänge - beim Kalk löschen und beim anschließenden Karbonatisieren. Beim Kalk brennen muss man diese Energie wieder reinstecken und bekommt das CO2 konzentriert wieder heraus. Brennt man nun den Kalk nicht im Drehrohrofen, der mit Altreifen befeuert wird, sondern elektrisch und im Vakuum, dann könnte das der Weg sein, mit Sommerstrom CO2 aus Kalk zu entziehen. Die Energie ist zum Großteil im entstandenen CaO chemisch gespeichert und wird wieder als Wärme frei, wenn man Wasser(dampf) und CO2 mit dem CaO reagieren lässt.
Ich hab mal bisschen recherchiert - der Übergang CaO zu Ca(OH)2 wird schon als Wärmespeicher 'beforscht' und ist auch bei Wikipedia genannt. Aber ich habe keine Artikel zur Nutzung des Kalk-Kreislaufs als Prozess zur CO2-Absorption und Wärmespeicherung gefunden. Hab allerdings auch nur auf deutschsprachigen Seiten gesucht...
Wenn ich mich nicht verrechnet habe mit Enthalpie pro Mol und molarer Masse, dann steckt da richtig viel Energie drin. Und zumindest der erste Schritt CaO -> Ca(OH)2 setzt so viel Energie frei, dass sich dabei auch nennenswert mechanische Energie gewinnen liesse.
Leider finde ich gerade die Enthalpiewerte für die Karbonatisierung nicht. Aber schon die Hydratisierung setzt 64kJ/mol frei, bei einer molaren Masse für CaO von 56g/mol. Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, kann man das direkt umrechnen und erhält
64kJ/56g
1,14kJ/g
1,14kWs/g
1140kWs/kg
0,31kWh/kg
In 10to (ca. 3.000l) sind also gut 3.000kWh gespeichert. Und was sind schon 3.000l?
Der Heizöltank, der in unserem Garten vergraben ist, fasst 10.000l
(und eine einzige Geschoßdecke unseres Hauses wiegt über 100to 
)
Ich halte das für einen durchaus aussichtsreichen Stoff, um Energie saisonal zu speichern. Und es könnte vielleicht auch eine Anwendung für Beton-Rezyklat sein...
Calcium kann als CaH auch für einen Wasserstoff-Speicherkreislauf genutzt werden.
Hab noch bisschen recherchiert,
der Energieaufwand beim Brennen ist 179kJ/mol, die Molare Masse von CaCO3 ist 100g/mol
Pro kg müssen beim Brennen also 0,49kWh reingesteckt werden, beim karbonatisieren wird diese Energiemenge wieder in einem schnell und einem langsam ablaufenden Prozess frei.
Außerdem ist zu berücksichtigen, dass das Abtrennen des CO2 etwa 900°C erfordert und damit das Aufheizen des ganzen Klotzes nochmal 0,16kWh/kg erfordert, die evtl. etwas schwieriger zurückzugewinnen sind und auch zu einer unpassenden Zeit (im Sommer) anfallen...
Das und die hohe Temperatur ist evtl. ein Grund dafür, warum nicht der komplette Kreisprozess zur Energiespeicherung beforscht wird, sondern nur der Teil CaO <-> Ca(OH)2
Hab eine interessante Diplomarbeit gefunden, die sich mit der Umsetzung eines Calcium-Speichers beschäftigt.
Außerdem hab ich noch bisschen was zu CO2 Capture gefunden - der Kalk-Kreislauf wird da auch als gangbarer Weg beschrieben.
Das DLR forscht viel in dieser Richtung.
Eine interessante Variante wäre eine "Carnot-Batterie", die am Ende der Entleerung auch als Wärmequelle dienen kann.
Das Wort "Carnot-Batterie" gefällt mir nicht, weil es nach wie vor ein thermischer Energiespeicher ist.
Für den saisonalen Gebrauch sind sie ungeeignet, im Wesentlichen der Kosten wegen. Ein Energiespeicher hat zwei Komponenten, die man beide mit fixen (CAPEX) und variablen (OPEX) Kosten bezahlen muss:
a) den Energiewandler, also die Leistungskomponente,
b) den Akkumulator zur Aufbewahrung der Energie, also die Energiekomponente.
Die Anschaffungskosten betragen also K_fix + T * k_var, wobei T für die Speicherzeitkonstante E/P steht, d.h. wieviele Stunden am Stück soll das Ding Energie liefern bzw. aufnehmen können.
Bei Batterien liegt der CAPEX bei etwa 100 €/kW für den Umrichter und 100-200 €/kW für die Zellen. Letzteres wird mit einer Lernrate von 20 % noch schrumpfen, aber das ist recht teuer.
Bei Wärmespeicher, der erstmal nur Warmwasser speichert sind die Kosten für den Akku umso kleiner je größer der Bottich ist. 200-400 €/m3 Volumen. Zur Speicherladung braucht man eine Pumpengruppe, die ist auch recht günstig zu haben. Benutzt man das Konzept der Carnot-Batterie braucht man noch ein Kraftwerk zum Ausspeichern und Einspeichern (Kraftwerksprozess rückwärtslaufen lassen = Wärmepumpe). Das kostet schätzungsweise 500-1000 €/kW. Ausserdem läuft sowas effizienter, je höher die Temperaturen sind, also ist mit einem einfachen drucklosen Warmwasserspeicher oder einem Zwei-Zonen-Modell, was auch etwas über 100 °C kommt, es nicht getan. Man braucht dann aufwendigere HT-Speicher mit 300 °C - 600 °C. Aufgrund der Wärmeverluste ist sowas auch nicht besonders gut zum saisonalen Ausgleich geeignet, sondern über Tage bis einige Wochen.
Dann haben wir noch die chemischen Speicher, d.h. Gaskavernen. Die Kosten betragen rund 1 €/Nm3, und bei CH4 sind das 10 kWh pro m3 und bei H2 gut 3 kWh/m3. Elektrolyseure liegen bei 1000-2000 €/kW beim spezifischen CAPEX.
Aufgabe aus der Mittelstufe, Mathe: Kurvendiskussion mit Geraden K_Gesamt = K_fix + k_var*T - Finde den Break Even zwischen Variante A, B, C.
Bei den Carnot-Batterien weiss man ja noch nicht, wie sich die Kosten am Ende entwickeln, weil bei einem Kraftwerk der teure Teil des Verbrennungskessels weggelassen werden kann, aber man braucht bei den Leistungen riese Wärmeübertragerflächen, sowohl Richtung Speicher auch aus Richtung der Umwelt (also ein Kühlturm zum Kühlen der Luft, um Umweltwärme aufzunehmen). Aber nach meinem Bauchgefühl sind es für den Kurzfristbereich eher die Batteriespeicher im Bereich von Stunden bis 1-2 Tagen, dann im Mittelfristbereich die Wärmespeicher, die existierende (!) KWK-Anlagen ergänzen und flexibilisieren und dann die Gasspeicher mit Elektrolyseur, welcher in einiger Zukunft die EE-Überschüsse aufnehmen werden, die dann mehrere 1000 h pro Jahr zur Verfügung stehen müssen (teurer Baseload-Verwerter).
Gruß,
Gunnar
ZitatDas und die hohe Temperatur ist evtl. ein Grund dafür, warum nicht der komplette Kreisprozess zur Energiespeicherung beforscht wird, sondern nur der Teil CaO <-> Ca(OH)2
Verfahrenstechnisch ist es nicht ganz einfach. An sich wäre das Brennen von Kalk und das Löschen von der Energiedichte eine super Sache. Auch ist der Prozess nicht sehr kompliziert, man bläst entweder heisse Luft in eine Schüttung welche die Wärme thermochemisch absorbiert oder man bläst feuchte, kalte Luft in die Schüttung und zieht die Wärme hinter der Schüttung mit einem Wärmeübertrager ab. Das Problem ist aber der Werkstoff als solcher: jedesmal wenn man da ein H20 einbaut und wieder austreibt, arbeitet das Material wegen Volumenänderung. Eine Schüttung aus Pellets oder Gittersteinen (vgl. Winderhitzer) würde sich recht schnell in einen Haufen Pulver verwandeln, was nicht mehr so gut verfahrenstechnisch zu beherrschen ist.
Gruß,
Gunnar
Das Wort "Carnot-Batterie" gefällt mir nicht
Da sag ich mal: „Namen sind Schall und Rauch“. Wenn hochkarätige Wissenschaftler diese Bezeichnung verwenden, dann ist das für mich auch gut.
Ob das wirklich brauchbar ist, um Strom „zwischenzuspeichern“ bzw. wie weit das vom real machbaren weg ist, sei mal dahin gestellt. Machbar bedeutet ja nicht, dass das heute schon gehen muss. Ich vermute mal, dass das nicht ganz aus Fiktion besteht, wenn sich seriöse Wissenschaft damit beschäftigt. Die Synthese über Wasserstoff und zurück ist ja auch kein Schnäppchen.
Aber wir sind hier ja im BHKW- Forum und da ist doch das Kernthema: Wenn geheizt wird, dann sollte da etwas Strom rausspringen. (so verstehe ich das jedenfalls). Und der Begriff „Saisonspeicher“ steht hier ja nicht primär für die Transformation von Strom vom Sommer in den Winter, sondern von Wärme von Sommer nach Winter.
D. h. ich folge deiner Argumentation durchgehend, soweit ich es verstehe, wenn es um das Speichern von Strom geht. Allerdings tendiere ich zu einer abweichenden Betrachtung der Aufgabenstellung. Dass das Speichern von Wärme für den Winter grundsätzlich praktikabel ist, zeigen die Dänen, die das in zunehmendem Maße praktizieren. Nun stellen sich daraus für mich drei Fragen:
- Unter welchen Bedingungen geht das in Deutschland?
- Gibt es Optionen, das auch in kleinerem Rahmen umzusetzen?
- Bekomme ich aus der Heizung noch mit sinnvollen Mitteln etwas Strom heraus?
Beispiel: Ein Speicher mit Wasser endet in der Praxis bei 100°C. Nun kann man diskutieren, ob davon 40,50 oder 60K in die Heizung gehen können. Die „Restwärme“ ist im Grunde nur Ballast. Wenn ich mit einem Becken voller Sand / Kies gehe, sind 150° sicher kein Problem. Da ist einfach der Anteil der Restwärme deutlich geringer. Gleichzeitig komme ich in einen Bereich, wo die verfügbare Exergie reicht, um daraus Strom zu machen, bevor die Wärme zum Heizen dient.
Wenn ich nun den Herrn Carnot bemühe, so könnte im Sommer aus überschüssigem PV oder Windstrom ein Becken mit Sand und Kies z. B. auf 150°C mit einer Heizzahl von 2 „aufgeladen“ werden. In der Übergangszeit könnten gelegentliche Überschüsse ausreichen, um die Wärmeverluste auszugleichen, und im Winter hätte ich viel Wärme und etwas Strom.
Klar, das gibt es heute nicht. Aber vielleicht irgendwann?
Hallo Uli,
da bin ich ganz auf Deiner Seite.
Als Ingenieur finde ich die Technik des Verbrennungsmotors oder auch einer Dampfmaschine genial und einfach zugleich.
Dennoch ist ja nicht die Hauptaufgabe der Energieversorgung, einen Rohstoff zu verbrennen, sondern genug Energie zu liefern, Sommer wie Winter.
Da bin ich gerne technologieoffen (da ist es wieder, dieses böse Wort) und denke über Möglichkeiten nach, wie ich meine solare Energie-Ernte vom Sommer in den Winter bringen kann. Weil es im Winter weniger zu ernten gibt.
Wenn ich also im Folge dessen nichts mehr verbrennen muss, dann ist das ein sinnvolles Ziel. An dem Tag, an dem mein Dachs seinen letzten Liter Heizöl verbrannt hat, werde ich etwas wehmütig von dieser - gemessen an den damaligen Möglichkeiten effizienten - Möglichkeit der Energiegewinnung Abschied nehmen und mich über meinen saisonalen Energiespeicher freuen.
Wenn das mit der Kalk-Route oder mit dem Übergang CaO <=> Ça(OH)2 klappt, wäre meine erste Vorstellung so in etwa ein würfeliges Gebilde ohne die Ecken (Wärmeverlust), das aus 23 einzelnen Blöcken aufgebaut ist.
Alle Blöcke zusammen sind gegen die Umgebung wärmeisoliert. Jeder Block ist aber eine eigene, wartungsfreie Einheit mit elektrischer Beheizung und Medienanschlüssen (bestenfalls nur Zuluft, Abluft und ggf. Sensoren).
Ein Innengerät im Heizungskeller steuert die Beheizung der einzelnen Blöcke und die Medien (Dampf, Luft etc).
Beheizung und Entladung können Block für Block vorgenommen werden. Das reduziert die Randwärmeverluste in die Umgebung. Im Würfel dient die Abstrahlung eines Blocks zum Nachbarblock dazu, das Temperaturniveau nach der Beheizung noch zu nutzen. Auch kann die Wärme über die Medienleitungen entnommen oder umverteilt werden.
Das nur so als Gedankenspiel oder erste Idee.
Werde da dranbleiben...
An dem Tag, an dem mein Dachs seinen letzten Liter Heizöl verbrannt hat, werde ich etwas wehmütig von dieser - gemessen an den damaligen Möglichkeiten effizienten - Möglichkeit der Energiegewinnung Abschied nehmen
Erwartest Du das für 2045 ?
Ich nicht.
Was nicht bedeutet, dass die Jahreslaufzeit so bleibt wie bisher.
Wir haben unseren Brennstoffbezug ( Erdgas ) in den letzten 12 Monaten um 33 % gesenkt, nur durch maximalen Einsatz unserer Wärmepumpen.
Nach Inbetriebnahme unserer dritten Wärmepumpe einer Luft Wasser Wärmepumpe werden wir voraussichtlich nur noch ca. 50 % vom ursprunglichen Gasbedarf haben. In unserem Speicherkeller stehen 3 x 1.000 l Speicher, der Keller wurde mit 200 mm Styrodur gedämmt, bevor die Speicher eingebracht wurden um Wärmeverluste zu vermeiden.
Anders gesagt, scheint es mir sinnvoll nicht nach den Sternen zu greifen, sondern umsetzbare Wege zu finden und diese zu realisieren. Wir wollen unseren Teil jetzt zur Verringerung von Treibhausgasen etc. beitragen, jeder könnte dies tun und braucht sich dafür noch nicht mal auf die Strasse zu kleben, was meines Erachtens eh nichts bringt.
Erwartest Du das für 2045 ?
Nein... aber ich hoffe, dass das funktioniert, woran ich momentan herumüberlege und wo ich demnächst einen Modellaufbau machen werde.
Und wenn es funktioniert, damit ausreichend viel Wärmeenergie chemisch für den Winter aufzuheben, dann gibt es ja irgendwann keinen Grund mehr, dafür Brennstoff zu verwenden.
Durch Ergänzung des Heizöldachses und unserer jetzt schon anständig großen PV (17,5kWp) um npchmal 7kWp Photovoltaik und eine Wärmepumpe gehe ich davon aus, dass wir unseren Heizölverbrauch von derzeit 2.000l/a um gut 50% reduzieren werden. Schon jetzt reicht an Sonnentagen im März der Heizstab, den ich provisorisch in Betrieb genommen habe, mit dem Strom, der sonst ins Netz ginge, das Haus zu heizen.
Von den 2.000l Heizöl wird ja 1/3 zu Strom - das Haus verbraucht also ca. 1.200l - 1.300l Heizöl pro Jahr - 12.000kWh - 13.000kWh.
Bei einer beheizten Nutzfläche von gut 300qm sind das so um die 40kWh/(qm*a). Das ist nach der 2014'er EnEV Energieeffizienzklasse A.
Ich finde, das ist ziemlich gut für ein energetisch saniertes Haus von Anfang 1970, noch ohne Lüftungsanlage und mit unkontrolliertem Luftzutritt im Heizungskeller und im Batterieraum.
Anders gesagt, scheint es mir sinnvoll nicht nach den Sternen zu greifen, sondern umsetzbare Wege zu finden und diese zu realisieren. Wir wollen unseren Teil jetzt zur Verringerung von Treibhausgasen etc. beitragen
Der Griff nach den Sternen ist für mich sowas wie Kernfusion. Etwas, das sehr kompliziert ist und wahrscheinlich auch sehr teuer, wenn es mal funktioniert. Das, was ich hier verfolge, ist ein chemischer Energiespeicher, von dem man bereits weiß, dass der Prozess funktioniert und es jetzt 'nur' noch um eine geeignete Applikation geht.
Aber ich kümmere mich eh auch um die jetzt bereits realisierbaren Dinge wie PV und BHKW in Kombi. In der Gewerbeimmobilie von meinem Betrieb arbeiten zwei Dachse und übernächste Woche beginnen wir die Installation einer 25kWp Photovoltaik. Und ich hab 'auf meine alten Tage' Kurse belegt und einen Elektro-Handwerksbetrieb gegründet, wo wir genau solche Lösungen umsetzen. Eventuell können wir auch unseren Partner-Heizungsbaubetrieb dafür gewinnen, sich uns beim anstehenden Generationswechsel anzuschließen.
Obwohl es da ja noch meine Maschinenbaufirma gibt, die dabei hilft, den Hochlauf der Seitzinger & Popp Energy zu realisieren und zu finanzieren. Und in der es genug Arbeit für mich gäbe...
Deswegen fände ich es auch sehr bedauerlich, wenn KWK-Lösungen für Immobilien nicht mehr als Heizung zulassungsfähig wären, wie es im Entwurf des GEG enthalten ist. Denn es ist für mich genau die pragmatische Lösung zur emissionsarmen Energieversorgung, die nicht jeden Winter mit voller Wucht ins Netz zurück will...
ich hab 'auf meine alten Tage' Kurse belegt
Also das finde ich sehr gut 
Zum einen hat man so eine Aufgabe und zum anderen bleibt man geistig fit 
wenn KWK-Lösungen für Immobilien nicht mehr als Heizung zulassungsfähig wären, wie es im Entwurf des GEG enthalten ist
Ich glaube nicht, dass dies so kommt, wäre Schwachsinn ...... 
der Heizstab, den ich provisorisch in Betrieb genommen habe
Da wollen wir doch hoffen, dass eine Wärmepumpe die Aufgabe des Heizstab übernimmt.
ohne Lüftungsanlage
Du solltest mal über Kontrollierte Wohnraumlüftung ( KWL ) nachdenken.
Wenn ich nun den Herrn Carnot bemühe, so könnte im Sommer aus überschüssigem PV oder Windstrom ein Becken mit Sand und Kies z. B. auf 150°C mit einer Heizzahl von 2 „aufgeladen“ werden. In der Übergangszeit könnten gelegentliche Überschüsse ausreichen, um die Wärmeverluste auszugleichen, und im Winter hätte ich viel Wärme und etwas Strom.
Mit einer Heizzahl (COP) kannst du mit einer stinknormalen LWWP im Winter heizen, da muss man sich kein übertrieben aufwändiges
Speichermedium ausdenken.
Wenn man COP 4 haben will, nimmt man eine WWWP und hat seinen Speicher damit, nämlich das Erdreich.
Schon jetzt reicht an Sonnentagen im März der Heizstab, den ich provisorisch in Betrieb genommen habe, mit dem Strom, der sonst ins Netz ginge, das Haus zu heizen.
Wenn du stattdessen eine günstige LWWP verwendest, kannst du mit deinem Strom mehr Wärme erzeugen im Gebäude einspeichern.
so bleibt man geistig fit
Ja, und es gibt nicht mehr so viele von uns alten Kämpfern, die sich mit einem großen Technikfeld auskennen...
Also muss ich mit 53 weiterhin ran 
, obwohl es eigentlich auch zum Füße hochlegen schon reichen würde.
Außerdem wäre mir sonst sicher bald langweilig und ich würde doch wieder ein Unternehmen gründen...
Du solltest mal über Kontrollierte Wohnraumlüftung ( KWL ) nachdenken.
Ist bereits vorgesehen und auch schon größtenteils eingebaut... Mit Wasser-Erdwärmekollektor als Vorheizung und Enthalpiewärmetauscher...
Aber andere Baustellen haben sich vorgedrängt.
Mit einer Heizzahl (COP) kannst du mit einer stinknormalen LWWP im Winter heizen
Nunja, die WPs, von denen wir hier reden, brauchen Strom und es liegt nun mal in der Natur der Sache, dass man im Winter mehr Strom braucht und weniger hat. D. h. irgendwie sollte der Überschuss aus dem Sommer in den Winter kommen. Auch wenn der gesamte Wirkungsgrad bescheiden ist, so ist es doch besser, als PV und Wind im Sommer abzuschalten.
