Energiesp. (Kurzzeitsp: Pumpsp, Bat., Druckluftsp, Schwungmassensp., Kond., Spul.) Flashcards
Energiespeicher sind in den zukünftigen Netzen mit dezentralen Energiequellen eine unverzichtbare Komponente, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.
Sie dienen zur Lösung der folgenden Problemstellungen: ?? (4)
Ausgleich der zeitlichen Schwankungen von Energiebedarf und Energieerzeugung
Entlastung der Versorgungsnetze durch Spitzenlastdeckung
Verringerung der Übertragungsverluste (-> Reduzierung der Investitionskosten für Energieübertragungsanlagen)
Verbesserung der Netzqualität durch dezentrale Pufferung bei Fehlerquellen
Definiere was man unter einem Energiespeicher versteht?
Ein Energiespeicher ist eine energietechnische Einrichtung, welche die drei folgenden Prozesse beinhaltet:
- Einspeichern (Laden)
- Speichern
- Ausspeichern (Entladen)
Was versteht man unter einem Energieträger?
Ist ein Stoff, der Energie gespeichert hat.
-> Er befindet sich in der Speichereinheit eines Energiespeichers
Was versteht man unter primären Energiespeichern und was unter sekundären Energiespeichern?
Primäre Energiespeicher: Energiespeicher, die nur einmal geladen und entladen werden.
Sekundäre Energiespeicher:
Energiespeicher, die mehrfach geladen und entladen werden können.
Wie können Speicher nach ihrer Speicherdauer klassifiziert werden? Nenne je drei Beispiele! (Probeexam)
Kurzzeitspeicher (sec bis days):
- Batterien
- Druckluftspeicher
- Kondensatoren
Langzeitspeicher (Wochen-Saisonal):
- Gasspeicher
- Brenn- und Kraftstoffe
- Pumpspeicher (auch als Kurzzeitspeicher denkbar)
Speicherbedarf - In der Stromversorgung
Definition Speicherbedarf: Ein Stromspeicherbedarf im Erzeugungsausgleich ergibt sich nach Abwägung aller vorrangigen Ausgleichsmaßnahmen und Flexibilitätsoptionen
Ergibt sich aus was?
Residuallast:
1. Überschuss bei Überdeckung
2. Defiziten bei Unterdeckung
(Residuallast = Stromnachfrage - Strom aus EE)
Residuallast = ??
Stromnachfrage - Strom aus EE
Skizziere kurz den Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerks mit den wesentlichen Komponenten! (Altex.)
siehe Abb. Zsmf. !! (o. slide 9)
Nenne jeweils zwei Vor- und zwei Nachteile von Pumpspeicherkraftwerken! (Probeex.)
Vorteile:
- hohe Lebensdauer
- gute Regelbarkeit
Nachteile:
- stark abhängig von den örtlichen Bedingungen
- hohe Investitionskosten
Batterien
-> Welche Komponenten beinhaltet eine Zelle/Element?
Fertige auch eine Skizze an.
Zelle/Element:
Galvanische Zelle mit:
- Elektrodenpaar
- Elektrolyt
- Separator
- Gehäuse
(Skizze siehe slide 13)
1) Skizziere den allgemeinen Aufbau einer Primärbatterie.
2) Nenne 3 wesentliche Eigenschaften
3) Nenne eine Beispielzelle!
(Probeex.)
1) Skizze siehe slide 14!
2) Eigenschaften:
- irreversible Reaktion
- nicht wieder aufladbar
- Zusammenbau im geladenen Zustand
3) Beispiel: Zink/Kohle Batterie
(-> oder: Alkali/Mangan; Lithium)
1) Skizziere den allgemeinen Aufbau einer Reservebatterie.
2) Nenne 2 wesentliche Eigenschaften
3) Nenne eine Beispielzelle!
1) Skizze siehe slide 16
2) Eigenschaften:
- Ein Teil der Batterie fehlt (z.B. Aktivmaterial)
- Zusammenbau kurz vor dem Einsatz, dann wie Primärenergie (Einwegnutzung)
3) Beispiele: Zink/Luftbatterie
(-> oder: Magnesium/Wasser)
1) Skizziere den allgemeinen Aufbau einer Sekundärbatterie.
2) Nenne 3 wesentliche Eigenschaften
3) Nenne eine Beispielzelle!
(Altex.)
1) Skizze siehe slide 15!
2) Eigenschaften:
- Reversible Reaktion
- wieder aufladbar ((wie Akkus))
- Zusammenbau im entladenen Zustand
3) Bsp.: Lithium-Ionen
(-> oder: Bleibatterie; NiMH)
Batterien - Grundlagen
1) Für was steht SOC und für was DOD?
2) Wie erfolgt die Umrechnung?
1)
SOC - State of Charge:
-> Verhältnis noch entnehmbarer Ladung / Kapazität
DOD - Depth of Discharge:
-> Verhältnis entnommener Ladung / Kapazität
2)
SOC = 100% - DOD
DOD = 1 - DOD
(1 = 100%)
1) Kapazität einer Batterie stellt was dar?
2) Was ist die Maßeinheit?
1) Ladungsinhalt einer Batterie
(-> Def.: Integral(Umin; Umax) Idt)
2) Ah, As und Coulomb
Kapazität
1) Welche Gesetzmäßigkeiten gelten für Verschaltung?
2) Was würde man machen, um die Kapazität zu erhöhen?
1)
Reihenschaltung von n-Zellen: CsubReihe = min(Csubi)
Parallelschaltung von n-Zellen: Csubparallel = Summe aus Csubi
(Maßeinheit: Ah, As und Coulomb)
2) Man würde Batterien parallel schalten, weil bei Reihenschaltung würde weiterhin die Batterie mit der geringsten Kapazität die Gesamtkapazität darstellen!
Was versteht man unter der Ruhespannung (engl. Open cell voltage, OCV)?
Differenz der Elektrodenpotentiale im Gleichgewicht
-> Veränderung der Ruhespannung durch Selbstentladung über längere Zeit (Tage bis Jahre)
Wovon ist die Ruhespannung abhängig und warum?
Vom Ladezustand, da Änderung der chemischen Zusammensetzung (Konzentration) der Batterie mit dem Ladezustand.
(-> Nach einer Belastung ist eine Messung erst nach einer Ruhephase möglich, damit sich das Gleichgewicht einstellen kann (Minuten bis Stunden))
Nenne wichtige Parameter im Zusammenhang mit Batterien!
COD und DOD
Ruhespannung (engl. Open Cell Voltage, OCV)
Stromrate, C-Rate
Kapazität
(…)
Stromrate, C-Rate:
1) Maßeinheit für was?
2) Angabe für was?
3) Formel?
1) Maßeinheit für Strom, normiert auf die Batteriekapazität
2) für Batterieströme unabhängig von der Batteriegröße
3) M = I / Csubn
(mit I: Entladestrom)
(Schreibweise: z.B. 1C , 0,2 C, …)
Batterien - Grundlagen elektrochemische Reaktion
Was versteht man unter Anode und Kathode, was passiert dort?
Anode:
- Elektrode an welche die Anionen A- wandern
- Oxidation der Anionen
- Anionen geben Elektronen an Anode ab
Kathode:
- Elektrode an welche die Kationen K+ wandern
- Reduktion der Kationen
- Kationen nehmen Elektronen von der Kathode auf
Batterien - Blei Batterien
Beschreibe das Konzept!
Positive Elektrode:
- Aktiv-Material: Blei(IV)oxid, PbO2
- Ableiter: Metallisches Blei
Negative Elektrode:
- Aktiv-Material: Metallisches Blei
- Ableiter: Metallisches Blei
2 unabhängige Redoxreaktionen
Große Energiedifferenz zwischen geladenen und entladenen aktiven Materialien
Abnahme der Kapazität mit der Zeit aufgrund teil auch irreversibler Reaktionen (!)
(Skizze slide 18, Reaktionsformeln slide 19)
Batterien
Skizziere und beschreibe das Konzept der Redox-Flow Cell (bzw. Redox-Flow-Batterie)!!
(wohl gut zu lernen!!!)
Skizze Abbildung slide 20!
Einzelne Zelle ist durch eine Membran in zwei Halbzellen, mit je einer Elektrode geteilt
Diese Halbzellen werden von unters. Elektrolytflüssigkeiten durchströmt.
Beim Laden wird über die Elektroden in die Halbzellen elektrische Energie zugeführt und eine Redox-Reaktion ausgelöst, die die chemische Energie der Flüssigkeit verändert.
Beim Entladen wird die chemische Energie der Flüssigkeiten durch Umkehr der Redox-Reaktion und Entnahme elektrischer Energie an den Elektroden wieder in den Ausgangszustand gebracht.
Die flüssigen Energieträger werden im Betrieb ständig im Kreis zwischen elektrochemischem Reaktor und Tanks gepumpt.
Ein Laderegler steuert den Energiefluss zum Reaktor (Laden), während ein Inverter die elektrische Energie für die Endnutzung passend umwandelt (Entladen)
Zeichne einen Druckluftspeicher und benenne die Komponenten!
(Altex.)
siehe slide 27!!
CEAS: Compressed Air Energy Storage
