Energiespeicherung
Videovorlesung | Energiespeicherung | Wissenschaftliche Weiterbildung | Prof. Karsten Müller, Johannes Wallstabe, Finn Börje Wesemeyer
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Herzlich willkommen zur Videovorlesung: Einführung in die Energiespeicherung
Warum Energie speichern und welche Optionen für Energiespeicherung gibt es?
Welche Wirkprinzipien liegen den verschiedenen Speicherarten zugrunde und welche Vor- und Nachteile ergeben sich daraus?
Diese Videovorlesungsreihe gibt eine systematische Einführung in das Thema Energiespeicherung und informiert zu den verschiedenen Speicherarten und deren zugrundeliegenden Wirkprinzipien.
Das Thema Energiespeicherung spielt eine wichtige Rolle bei der Umstellung auf erneuerbare Energien, da Speichertechnologien sowohl die Flexibilität im Energiesystem erhöhen als auch die notwendige Brücke zwischen erneuerbarer Stromerzeugung, Wärmeversorgung und Mobilität bauen.
INHALTE
E-Lecture 1: Einführung in die Energiespeicherung
E-Lecture 2: Elektrische und mechanische Speicher
E-Lecture 3: Batterien
E-Lecture 4: Wasserstoff
E-Lecture 5: Thermische Energiespeicher
ZIELGRUPPE
Die Videovorlesung richtet sich an Studierende technischer Fächer, an fortgeschrittene Schülerinnen und Schüler, Lehrkräfte und an alle Interessierte, die sich mit dem Thema Energie und Energiewende auseinandersetzen möchten.
LEHRENDE
Die Videos wurden gestaltet von Prof. Dr. Karsten Müller, Johannes Wallstabe und Finn Börje Wesemeyer
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik, Universität Rostock.
KURSINFO
Welche Wirkprinzipien liegen den verschiedenen Speicherarten zugrunde und welche Vor- und Nachteile ergeben sich daraus?
Diese Videovorlesungsreihe gibt eine systematische Einführung in das Thema Energiespeicherung und informiert zu den verschiedenen Speicherarten und deren zugrundeliegenden Wirkprinzipien.
Das Thema Energiespeicherung spielt eine wichtige Rolle bei der Umstellung auf erneuerbare Energien, da Speichertechnologien sowohl die Flexibilität im Energiesystem erhöhen als auch die notwendige Brücke zwischen erneuerbarer Stromerzeugung, Wärmeversorgung und Mobilität bauen.
INHALTE
E-Lecture 1: Einführung in die Energiespeicherung
E-Lecture 2: Elektrische und mechanische Speicher
E-Lecture 3: Batterien
E-Lecture 4: Wasserstoff
E-Lecture 5: Thermische Energiespeicher
ZIELGRUPPE
Die Videovorlesung richtet sich an Studierende technischer Fächer, an fortgeschrittene Schülerinnen und Schüler, Lehrkräfte und an alle Interessierte, die sich mit dem Thema Energie und Energiewende auseinandersetzen möchten.
LEHRENDE
Die Videos wurden gestaltet von Prof. Dr. Karsten Müller, Johannes Wallstabe und Finn Börje Wesemeyer
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik, Universität Rostock.
KURSINFO
- Termin: flexibel, Start ist jederzeit möglich
- Kosten: kostenfrei
- Sprache: deutsch
- Kursart: Videovorlesung
- Kursumfang: 5 Videos, insgesamt 110 Minuten
E-Lecture 1: Einführung
Energiespeicherung spielt für die Umstellung auf erneuerbare Energien eine wichtige Rolle. Dabei müssen Energiespeicher zwei Hauptaufgaben übernehmen:
- Ausgleich zwischen unsteter Stromproduktion durch Solar- und Windenergie auf der einen Seite und ebenfalls zeitlich variablem Strombedarf bei den Verbrauchern auf der anderen Seite.
- Nutzbarmachung von Erneuerbaren Energien in Anwendungen, die nicht permanent mit dem Stromnetz verbunden sind; insbesondere im Verkehrssektor.
Die verschiedenen Ansätze zur Energiespeicherung haben durchaus ihre Berechtigung, denn je nach Anwendungsfall stellen sich unterschiedliche Anforderungen. Eine erste Einführung in das Thema Energiespeicherung und die wichtigsten Anforderungen an Energiespeicher lernen wir im ersten kurzen Video dieser E‑Lecture kennen:
Bitte beachten Sie: Sobald Sie sich das Video ansehen, werden Informationen darüber an Youtube/Google übermittelt. Weitere Informationen dazu finden Sie unter Google Privacy.
E-Lecture 2: Elektrische und mechanische Speicher
Elektrische Energiespeicher können elektrische Energie speichern. Die wichtigsten Speichertechnologien für elektrische Energie, nämlich die Batterien, fallen jedoch gar nicht in diese Kategorie. Batterien sind elektrochemische Energiespeicher. Elektrische Energiespeicher im engeren Sinne sind supraleitende Spulen und vor allem elektrische Kondensatoren. Für einige Spezialanwendungen mit kleinen Energiemengen und sehr kurzen Speicherdauern sind diese Technologien hilfreich.
Mechanische Energie lässt sich in kinetische und potentielle Energie einteilen. Kinetische Energie (also die Energie der Bewegung) lässt sich mit Hilfe von Schwungrädern speichern. Diese Technologie ist ebenfalls eher für kurzzeitige Speicherung geeignet. Potentielle Energie kann wiederum in potentielle Energie der Lage und Innere Energie unterteilt werden. Potentielle Energie der Lage wird bei den sogenannten Pumpspeicherkraftwerken genutzt, die schon seit über einem Jahrhundert zur Speicherung von elektrischer Energie verwendet werden. Innere Energie hingegen wird bei den sogenannten Druckluftspeichern verwendet.
Einen Überblick über die wichtigsten elektrischen und mechanischen Energiespeicher gibt es in der nächsten E‑Lecture:
Mechanische Energie lässt sich in kinetische und potentielle Energie einteilen. Kinetische Energie (also die Energie der Bewegung) lässt sich mit Hilfe von Schwungrädern speichern. Diese Technologie ist ebenfalls eher für kurzzeitige Speicherung geeignet. Potentielle Energie kann wiederum in potentielle Energie der Lage und Innere Energie unterteilt werden. Potentielle Energie der Lage wird bei den sogenannten Pumpspeicherkraftwerken genutzt, die schon seit über einem Jahrhundert zur Speicherung von elektrischer Energie verwendet werden. Innere Energie hingegen wird bei den sogenannten Druckluftspeichern verwendet.
Einen Überblick über die wichtigsten elektrischen und mechanischen Energiespeicher gibt es in der nächsten E‑Lecture:
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E-Lecture 3: Batterien
Batterien basieren auf elektrochemischen Vorgängen. Dabei gibt ein chemischer Stoff Elektronen ab (man spricht von Oxidation), während ein anderer Stoff die Elektronen aufnimmt (das nennt man Reduktion). Lässt man diese Elektronen nicht direkt vom einen Stoff auf den anderen übergehen, sondern leitet sie über eine entsprechende Last, so kann man die Energie dieser chemischen Reaktion technisch nutzen.
Eine kurze Einführung in die Grundlagen der Batterietechnologie gibt es in dieser E‑Lecture:
Eine kurze Einführung in die Grundlagen der Batterietechnologie gibt es in dieser E‑Lecture:
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E-Lecture 4: Wasserstoff
In der Zukunft könnte Energiespeicherung im hohen Maße auf Wasserstoff basieren. Insbesondere für Mobilitätszwecke sind Wasserstofftechnologien sehr attraktiv. Wasserstoff lässt sich durch Elektrolyse aus Wasser gewinnen und in einer Brennstoffzelle wieder zu Wasser rückverwandeln, wobei man elektrische Energie gewinnt. Alternativ kann Wasserstoff auch (und das ist heutzutage noch die wichtigste Methode) durch thermische Verfahren aus verschiedenen Rohstoffen gewonnen werden. Auch bei der Nutzung gibt es noch eine Reihe weiterer Optionen neben der Brennstoffzelle.
Eine große Herausforderung stellt die Speicherung des Wasserstoffs zwischen Erzeugung und Nutzung dar. Kompression zu Druckwasserstoff ist erst einmal die naheliegende Lösung und in vielen Anwendungen tatsächlich sinnvoll. Allerdings ist die Energiedichte sehr gering, weswegen die Speicherung durch chemische Bindungen oder die Konversion in synthetische Kraftstoffe, sogenannte E‑Fuels, ein großes Potential bietet.
Einen Überblick über die wichtigsten Ansätze zur Energiespeicherung mittels Wasserstoff gibt es in dieser E‑Lecture:
Eine große Herausforderung stellt die Speicherung des Wasserstoffs zwischen Erzeugung und Nutzung dar. Kompression zu Druckwasserstoff ist erst einmal die naheliegende Lösung und in vielen Anwendungen tatsächlich sinnvoll. Allerdings ist die Energiedichte sehr gering, weswegen die Speicherung durch chemische Bindungen oder die Konversion in synthetische Kraftstoffe, sogenannte E‑Fuels, ein großes Potential bietet.
Einen Überblick über die wichtigsten Ansätze zur Energiespeicherung mittels Wasserstoff gibt es in dieser E‑Lecture:
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E-Lecture 5: Thermische Energiespeicher
Neben elektrischer Energie gibt es auch noch thermische Energie, vereinfacht ausgedrückt: Wärme, für die ebenfalls Speicher benötigt werden. Im einfachsten Fall wird dazu einfach ein Medium wie Wasser erwärmt. Solche Speicher, die eine Temperaturdifferenz zur Speicherung thermischer Energie nutzen, heißen sensible Speicher. Bei latenten Speichern dagegen steigt die Temperatur bei der Wärmeaufnahme nicht an, da hier ein Phasenwechsel stattfindet. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um einen Schmelzvorgang. Lässt man das geschmolzenen Speichermedium anschließend wieder erstarren, so wird die Wärme wieder frei. Ein dritter Typ sind die thermochemischen Energiespeicher. Dabei nutzt man eine reversibel ablaufende chemische Reaktion, um Wärme aufzunehmen und anschließend wieder freizusetzen.
Eine erste Einführung in die thermische Energiespeicherung gibt es in dieser E‑Lecture:
Eine erste Einführung in die thermische Energiespeicherung gibt es in dieser E‑Lecture:
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Inhalt
Dieser Selbsttest dient als Lernkontrolle zu den E-Lectures Energiespeicherung.