Sektorkopplung und Energiespeicher

Energie wird zwar überall benötigt, kann jedoch nicht immer genau dann verbraucht werden, wenn sie produziert wird. Gerade Erneuerbare Energien, die abhängig von der Sonneneinstrahlung und vom Wind sind, produzieren nicht immer zu Zeiten, in denen die Nachfrage am größten ist. Energie muss daher gespeichert werden.

Wie kann man Energie speichern?

Technologisch unterscheidet man vier verschiedene Arten, Energie zu speichern:

  • mechanische Energiespeicher
  • chemische und elektrochemische Energiespeicher
  • elektrische Energiespeicher
  • und thermische Energiespeicher.

Technische Lösungen für Energiespeicher (Auswahl)

Pumpspeicher

Pumpspeicher verwenden überschüssigen Strom dazu, Wasser in hohe Speicherbecken zu pumpen und damit die elektrische in potentielle Energie umzuwandeln. Bei Bedarf wird diese Energie dann durch das Herabströmen durch Turbinen wieder in Strom zurückgewandelt.

Pumpspeicherkraftwerk Koepchenwerk am Hengsteysee

Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Koepchenwerk_am_Hengsteysee.jpg
Urheber: Tbachner
Lizenz: CC BY 3.0

Wärmespeicher

Wärmespeicher werden unterschieden in Speicher für sensible Wärme, Latentwärmespeicher und thermochemische Wärmespeicher. Sie können je nach Bauart Niedertemperaturwärme zur Raumheizung oder Hochtemperaturwärme für industrielle Anwendungen aufnehmen und wieder abgeben.

Solartank mit Wasser (Bildmitte) in einem Sonnenhaus.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmespeicher#/media/Datei:Solarhauskomplex_mit_Solartank.png
Urheber: Andol
Lizenz: CC BY-SA 3.0

Batterien

Eine Batterie ist eine sog. galvanische Zelle. Die Funktion der galvanischen Zellen beruht auf einer Redoxreaktion, bei der Reduktion und Oxidation räumlich getrennt voneinander in je einer Halbzelle ablaufen. Eine Halbzelle enthält ein Metall (z.B. Zink), das überschüssige Elektronen aufweist. Das gegenüberliegende Metall, z.B. Kupfer, möchte diese gern aufnehmen. Verbindet man die Metallplatten mit einem Leiter, setzen die Elektronen sich in Bewegung: Die Batterie produziert Strom.

Autobatterie

Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lead-acid_automotive_battery,_55_Ah.jpg
Urheber: Cjp24
Lizenz: CC BY-SA 4.0

Kondensatoren

Ein Kondensator kann elektrische Energie speichern. Die einfachste Form eines Kondensators ist ein Plattenkondensator. Er besteht aus zwei sich gegenüberstehenden, voneinander isolierten Metallplatten, zwischen denen sich Luft befindet. Wird zwischen den beiden Platten eine elektrische Spannung angelegt, sammeln sich auf ihren Oberflächen getrennt voneinander positive und negative Ladungen an. Zwischen den Platten baut sich ein elektrisches Feld auf, in dem Energie gespeichert ist.

Plattenkondensator frühes 20. Jahrhundert

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)#/media/Datei:Plattenkondensator_hg.jpg
Urheber: Hannes Grobe
Lizenz: CC BY 3.0

Arbeitsauftrag 1

  1. Ordne zu: Welche der oben vorgestellten technische Anlage gehört zu welchem Speichertyp?

Arbeitsfläche

Speicherkapazität und -dauer

Speichertechnologien unterscheiden sich deutlich nach Speicherkapazität und Speicherdauer. Einige Technologie eignen sich nur zur kurzen Speicherung von Energie, andere sind mittel- und langfristig einsetzbar.

Arbeitsauftrag 2

  1. Im Diagramm unten fehlt die Legende. Ordne zu: Welche Speichertechnologie ist gemeint?

Arbeitsfläche

Der Energiebunker Wilhelmsburg

Noch vor wenigen Jahren bot sich den Wilhelmsburgern ein Bild bedrückender Vergangenheit: Auf einer Fläche, die fast dreieinhalb Fußballfelder umfasst, ragte ein Betonklotz 42 Meter in den Himmel: ein Relikt aus dem Zweiten Weltkrieg. 60 Jahre lang witterte das Bauwerk vor sich hin, bis 2013 eine neue Nutzung als Ökostrom-Kraftwerk verwirklicht wurde. Heute ist der ehemalige Flakbunker ein weltweit einzigartiges Beispiel für den innovativen Umgang mit regenerativen Energien und Vorreiter für andere regionale Kraftwerke weltweit.

Arbeitsauftrag 3

  1. Schau dir das Video an und ordne die folgenden Sätze zum Energiebunker in Hamburg sinnvoll zu.
  • Eine Photovoltaikanlage
  • Eine Solarthermieanlage …
  • Ein Biogas-Blockheizkraftwerk …
  • Ein Holzhackschnitzel-Kessel …
  • Ein Industriebetrieb …
  • Ein Spitzenlastkessel …
  • Ein Wärmespeicher …
  • produziert Strom und Wärme.
  • an der Südseite erzeugt Wärme aus Sonnenenergie.
  • fasst 2 Millionen Liter Wasser. Er bunkert die Wärme, gleicht Nachfragespitzen aus und sichert den Betrieb ab.
  • kann bei Bedarf weitere Wärme liefern.
  • auf dem Dach erzeugt Strom.
  • in der Nachbarschaft liefert Abwärme, die im Bunker gespeichert und in das Wärmenetz eingespeist wird.
  • sichert die Wärmeversorgung ab und deckt Lastspitzen.
  1. Unten siehst du ein Schema des Energiebunkers. Ordne die Begriffe auf der Schemazeichnung zu.
  2. Entnimm Standbilder aus dem Video und ergänze das Schema damit.
  1. Erkläre anhand des Energiebunkers, wie Sektorkopplung im Energiebunker umgesetzt wird.