Erneuerbare Energien und Wasser als Energiespeicher?

Im Jahr 2011 haben die Erneuerbaren Energien 19,9% des deutschen Stromes geliefert. Zugegeben, ein nicht unbeträchtlicher Teil dieses Wachstums geht auf die fehlende Produktion der Atomkraftwerke zurück, aber dennoch: Hut ab! Noch zur Jahrtausendwende wurden 20% selbst bis 2020 als ambitioniert angesehen oder sogar von den „4 Energieriesen“ als unmöglich hingestellt.
Die EEG-Umlage dieses Jahr nur unmerklich ansteigen. Gleichzeitig hat der bisherige Atomausstieg hat allem Anschein nach zu keinen Preissteigerungen geführt – zumindest an der Strombörse, wo die Erneuerbaren schon lange als Preisdämpfer wirken, über den Daumen gepeilt um eine gute Hälfte der EEG-Umlage.
Die Abschaltung der Atomkraftwerke hat allerdings am 3. u. 4. Dezember dafür gesorgt, dass auf österreichische, schmutzige Reservekraftwerke (Öl) zurückgegriffen werden musste. Die Hauptursache dafür war aber der ungeplante Ausfall eines AKW wegen Schäden und die niedrigste fossile Stromproduktion in deutschen Kraftwerken seit 2007. Doch gerade für diese Extremfälle sind die Reserven ja da. Insgesamt war Deutschland auch im Jahr 2011 ein Nettostromexporteur.

Doch mit den steigenden Energieerzeugungskapazitäten kommt auch das Problem der Speicherung und des Transports besonders zur Geltung. Das Transportproblem wird in der Zukunft insbesondere verschärft durch die Erzeugung von Offshore-Windstrom. Zwar vergleichsweise zuverlässig, ist dieser Strom voraussehbar in wenigen Jahren der teuerste regenerative Strom und muss zudem durch ganz Deutschland transportiert werden. Dafür ist die Offshore-Technologie etwas, das in der Größenlage der großen Energiekonzerne ist, die sich dort ohne Konkurrenz „grün“ betätigen können – mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sie so sagen können, sie tun etwas für die Umwelt, auch wenn sich 10 Jahre lang nichts tut.
In 10 Jahren hätte man eine Menge Windräder in Bayern aufstellen können, dort, wo der Strom gebraucht wird.

Auf der anderen Seite machen viele Technologien gute Fortschritte. So will das Startup Second Solar aus Halle ab 2014 Dünnschicht-Fotovoltaikzellen für 50 Cent pro Wattpeak herstellen – 8 Cent weniger als der bisherige Spitzenreiter First Solar. Und Smart Hydro Power stellt Kleinwasserkraftwerke her, die deutlich billiger als Dieselaggregate die Inselversorgung sicherstellen sollen, sei es an flussnahen Campingplätzen oder im Amazonasgebiet.

Urbane Wasserspeicher?

Wasser… kann man damit nicht noch mehr anstellen? So ging es mir durch den Kopf. Wasser ist die wohl einfachste Form der Stromspeicherung. Alles was man braucht ist Höhe und eine Turbine. Und, naja, das ganze Drumherum.
Aber wie viel Energie ist eigentlich in Wasser gespeichert? Tja, gute Frage. Meine Recherche hat ergeben:

Pro Liter pro Sekunde pro Meter die Erdbeschleunigung mal Wirkungsgrad.

Also: Ein Liter Wasser, der in einer Sekunde durch die Leitung fließt mit einem Höhenunterschied von einem Meter macht genau 1 „Präwatt“ – mal Erdbeschleunigung (9,81 im Schnitt) mal Wirkungsgrad von Turbine und Generator.
Die letzten drei Sachen kann man bei Kleinstanlagen (große sind effektiver) zu rund dem Faktor 5 zusammenfassen. Macht also pro Präwatt – ein Liter eine Sekunde über ein Meter – 5 Watt Strom. Für eine Sekunde.

Nicht sehr beeindruckend, oder? Wenn man bedenkt, was es für Anstrengung kostet, einen 10-Liter-Eimer vom Boden bis über den Kopf zu heben, und dann soll das gerade mal für 3 Sekunden Netbook reichen? Auf der anderen Seite fließt viel Wasser die Saale entlang an einem Tag…

Was wäre, wenn man das Wasser als Speicher in der Stadt nutzt? In einem Eigenheim, gleichzeitig als Klimaanlage im Hauskern? Nach kurzem Rechnen kam heraus: Nicht sonderlich sinnvoll. Hält den Kühlschrank nur für ein paar Minuten am Laufen.
Was ist mit größeren Gebäuden? Aber welche Gebäude haben viel Platz und sind stabil und möglichst auch noch hoch?
Parkhäuser bzw. Tiefgaragen. Gut, sie sind nicht sonderlich hoch, aber dafür groß. Und wenn man Pfeiler zur Not etwas dicker machen muss, sollte das auch kein großes Problem sein, oder?
Was gäbe denn eine Tiefgarage her? Nehmen wir eine kleine, 50×50 Meter, zwei Etagen.
Eine Etage hat 3 Meter Höhe, macht eine effektive Fallhöhe von 5 Metern (sage ich einfach mal so).

50×50 Meter sind 2500 Kubikmeter. Für die Gleichung oben ersetzen wir Kubik durch Liter und Watt durch Kilowatt, das kürzt sich weg. Angenommen wird eine bescheidene Wasserbeckenhöhe von einem Meter. Wir erhalten also 2500 Kilopräwatt.
2.500 KPW mal „Erntefaktor“ 5 macht 12.500 KPW Gesamtenergie, die wir von unserem Speicher erhalten können.
Durch 60 Sekunden und durch 60 Minuten ergibt rund 3,5 Stunden, die wir 1KW erzeugen könnten.

Was heißt das? Mal überlegen. Wie viel Strom braucht ein Parkhaus? Die Beleuchtung da drin ist ja nicht sonderlich gut. Mit einer 14W Energiesparlampe pro 5×5 Meter-Abschnitt ist man dabei, glaube ich. Geben wir knapp noch mal so viel für alles andere (Parkschranke) und eine Schätzreserve hinzu, kommen wir auf 1Watt pro Quadratmeter.
50 Meter x 50 Meter x 2 Etagen = 5KW.

Das heißt, wir könnten unser Parkhaus mit konservativer Rechnung etwa eine Dreiviertelstunde mit Strom versorgen. Bei etwas besseren Faktoren eine ganze Stunde. Pro Meter Wasserbassin auf Dach und im Keller.
Naja, nicht gerade so viel, wie ich erwartet hatte. Ich hätte eher das dreifache geschätzt.

Und wo kommt der Strom her? Von Solarzellen auf dem Wasserbassin natürlich. Die Ernte beträgt in unseren Breiten konservativ geschätzt 900 kWh pro installiertem kWp (voriges Jahr hat in LSA mehr als 1000 gebracht!
Wie viel auf unser Dach passt, hängt natürlich von der Art der Solarzelle ab. Ich habe mir zum Rechnen eine 200W polykristalline genommen. Die nimmt pro 100W knapp 0,8 Quadratmeter ein. Also 8qm pro KWp.
2500qm / 8 macht gute 300 KWp.
Holla die Waldfee! Da kommt ja einiges zusammen. Das reicht auf alle Fälle zum Wasser hochpumpen. Und selbst an einem bewölkten Tag ist genug Saft da für das Innere. Kosten würde die Anlage übrigens rund eine Dreiviertelmillion. Die könnte also mehr Wert sein als der Fuhrpark innen drin ^^

So, das wars für heute. Knapp 1000 Wörter für (beabsichtigt) eine einfache Rechnung reichen 😉 Kommentare, gefundene Fehler, eigene Ideen?

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