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--- grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich:jahreszeitliche_speicherkonzepte_uebersicht [2023/09/25 19:50] – [Chemische Energiespeicher A – lagerbare Energieträger] wfeist
+++ grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich:jahreszeitliche_speicherkonzepte_uebersicht [2023/09/27 19:41] (aktuell) – [Thermische Energiespeicher] wfeist
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 |//**Tabelle 1: \\ Technologien für die Energiespeicherung im Vergleich**// \\ Die Physik hält Speicherprinzipien in allen Energieformen vor: (1) mechanisch, (2) elektrisch, (3) magnetisch, (4) chemisch, (5) nuklear, (6) thermisch. \\ \\ Die Energiedichten sind bei technisch möglichen Speichern nach (2) und (3) so gering und die Kosten so hoch, dass diese außerhalb jeder Diskussion für wirtschaftlich anwendbare Jahresspeicher liegen. \\ \\ Nukleare Speicher (5) werden hier nicht diskutiert. \\ \\  Die Tabelle zeigt, dass bis auf wenige (im Text zu diskutierende) Ausnahmen die Speicher zu zusätzlichen Speicherkosten je kWh nutzbare Energie von weit über 1 € führen, wenn der Speicher in nur einem Zyklus je Jahr be- und entladen wird. **Bis** auf die Ausnahmen: Wasserstoffspeicher, Methangasspeicher sowie thermische Speicherung im Erdreich bietet die Physik keine ökonomisch auch nur entfernt attraktiven Prinzipien für die jahreszeitliche Energiespeicherung. \\ \\ Technische Verbesserungen sind möglich, liegen aber  jeweils im Bereich von ca. einem Faktor 2 bis maximal 10 – **die Grenzen sind physikalischer Natur.** |\\
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-Die für den Tageszyklus bewährte Technik ist immer wieder auch für den Einsatz als Jahresspeicher versucht worden [Dalenbäck 1985][Kriesi 1989][Hinz 1994]. Bei einer 90°C / 30°C Temperaturspreizung benötigt ein herkömmliches Gebäude (HWB 160 kWh/(m²a)) ein Speichervolumen von um 150 m³, eine Dimension, die nicht nur an den Kosten, sondern auch am enormen Platzbedarf scheitert. Vorrangig muss hier zunächst der Heizwärmebedarf reduziert werden, was z.B. mit dem Passivhaus auf 15 kWh/(m²a) gelingt. Die Winterlücke beträgt dann nur noch 900 kWh/a – und lässt sich aus einem 15 m³ umfassenden Heizwasserspeicher decken. Dabei müssen zunächst einige technische Probleme überwunden werden, unter denen einige der Demonstrationsprojekte immer wieder erneut gelitten haben , dies betrifft die wirksame Wärmedämmung solcher Speicher (diese muss im Bereich von Dämmdicken zwischen 0,5 und 1 m liegen – das erhöht den Platzbedarf und die Kosten nicht unerheblich). Technisch möglich ist auf diesem Weg das heizenergieautarke Haus durchaus und das wurde auch mehrfach demonstriert – die Kosten für die thermische jahreszeitliche Energiespeicherung liegen aber bei um 1 €/kWh und sind somit viel zu teuer für ein breit einsetzbares Konzept. Mit Speichergrößen für ganze Siedlungen sollten nach der Vorstellung einiger Ingenieure die Kosten in einen akzeptablen Bereich sinken [Fisch 2001]. Allerdings kommen dann die Kosten der Nahwärmeverteilung dazu. Die betreffenden Projekte haben das bisher an keiner Stelle überzeugend demonstriert. < Ergänzung 2022: In den skandinavischen Ländern gibt es jetzt erneut einige Pilotprojekte, bei denen sehr große Warmwasser-Speicher eingesetzt werden, welche in bestehende Wärmenetze einspeisen. Die versorgten Gebäude haben dabei, wie in Skandinavien überall selbstverständlich, Niedrigenergiestandard (mit um 60 kWh/(m²a) etwa halb so hoch wie die durchschnittlichen Werte in Deutschland). Die zugehörigen Kosten sehen nach ersten Analysen vor dem Hintergrund stark gestiegener Gas- und Ölpreise durchaus akzeptabel aus. Der Platzbedarf dieser Anlagen ist allerdings hoch. Baurecht für eine große Zahl solcher Großspeicher zu erlangen dürfte in Mitteleuropa nicht einfach sein - es handelt sich hier aber durchaus um eine technisch umsetzbare Option. >     \\
+Die für den Tageszyklus bewährte Technik ist immer wieder auch für den Einsatz als Jahresspeicher versucht worden [Dalenbäck 1985][Kriesi 1989][Hinz 1994]. Bei einer 90°C / 30°C Temperaturspreizung benötigt ein herkömmliches Gebäude (HWB 160 kWh/(m²a)) ein Speichervolumen von um 150 m³, eine Dimension, die nicht nur an den Kosten, sondern auch am enormen Platzbedarf scheitert. Vorrangig muss hier zunächst der Heizwärmebedarf reduziert werden, was z.B. mit dem Passivhaus auf 15 kWh/(m²a) gelingt. Die Winterlücke beträgt dann nur noch 900 kWh/a – und lässt sich aus einem 15 m³ umfassenden Heizwasserspeicher decken. Dabei müssen zunächst einige technische Probleme überwunden werden, unter denen einige der Demonstrationsprojekte immer wieder erneut gelitten haben. Dies betrifft die wirksame Wärmedämmung solcher Speicher (diese muss im Bereich von Dämmdicken zwischen 0,5 und 1 m liegen((sonst sind die Wärmeverluste solcher Speicher so hoch, dass der Speicher schon im November leer ist)) – das erhöht den Platzbedarf und die Kosten nicht unerheblich). Technisch möglich ist auf diesem Weg das heizenergieautarke Haus durchaus und das wurde auch mehrfach demonstriert – die Kosten für die thermische jahreszeitliche Energiespeicherung liegen aber bei um 1 €/kWh und sind somit viel zu teuer für ein breit einsetzbares Konzept. Mit Speichergrößen für ganze Siedlungen sollten nach der Vorstellung einiger Ingenieure die Kosten in einen akzeptablen Bereich sinken [Fisch 2001]. Allerdings kommen dann die Kosten der Nahwärmeverteilung dazu. Die betreffenden Projekte haben das bisher an keiner Stelle überzeugend demonstriert. < Ergänzung 2022: In den skandinavischen Ländern gibt es jetzt erneut einige Pilotprojekte, bei denen sehr große Warmwasser-Speicher eingesetzt werden, welche in bestehende Wärmenetze einspeisen. Die versorgten Gebäude haben dabei, wie in Skandinavien überall selbstverständlich, Niedrigenergiestandard (mit um 60 kWh/(m²a) etwa halb so hoch wie die durchschnittlichen Werte in Deutschland). Die zugehörigen Kosten sehen nach ersten Analysen vor dem Hintergrund stark gestiegener Gas- und Ölpreise durchaus akzeptabel aus. Der Platzbedarf dieser Anlagen ist allerdings hoch. Baurecht für eine große Zahl solcher Großspeicher zu erlangen dürfte in Mitteleuropa nicht einfach sein - es handelt sich hier aber durchaus um eine technisch umsetzbare Option. >     \\
 Der Umstieg von Wasser auf andere Speichermedien erhöht die Kosten je nutzbarer kWh in aller Regel (Ursache: Wasser hat die höchste sensible Wärmekapazität aller einsetzbaren Medien {da Ammoniak nicht in Frage kommt} und ist zudem billig). Auch die immer wieder als Neuheit gepriesenen Latentwärmespeicher (heute oft „Phase Change Materials“ genannt) führen letztlich zu höheren Kosten, in diesem Fall vor allem, weil die Be- und Entladetechnik aufwändiger wird. Eine interessante Möglichkeit ist die Nutzung des Erdreichs unter dem Haus als Speicher – dies ist sogar kostengünstiger als ein Wasserspeicher möglich. Allerdings steigen die Verluste erheblich an, da eine Dämmung der Sole ökonomisch ausgeschlossen werden kann. Es zeigt sich, dass ein solches Konzept überhaupt nur bei Gebäuden mit noch geringerem HWB als dem Passivhaus technisch erfolgreich sein kann – dann jedoch durchaus funktioniert (vgl. auch den Abschnitt //Konzepte im Vergleich//). Auch dies wurde technisch bereits erfolgreich demonstriert - während entsprechende Konzepte mit weniger effizienten Gebäuden regelmäßig in der Praxis weit ungünstiger abgeschnitten haben als ursprünglich projektiert.  \\