Lavagestein als Energiespeicher: Extrem günstige Lösung für Energiewende?

In Sachen Energiewende gibt es ein großes Problem. Und zwar die Unausgeglichenheit der Energieversorgung. Zu manchen Zeiten wird mehr Wind- und Sonnenenergie produziert als unsere Stromnetze aufnehmen können. Im Mai und Juni wurde durch Solarenergie ungefähr so viel Strom ins öffentliche Netz eingespeist wie aus allen Erdgas- und Steinkohlekraftwerken zusammen und das ist auf der einen Seite toll, auf der anderen Seite brauchen wir jetzt wirklich dringend Energiespeicher. Denn die Energie soll ja auch genutzt werden, wenn es durch Windstille und Co. Flauten gibt. Hier gibt es einen neuen Lösungsansatz, und der lautet: Lavagestein als Energiespeicher.
Wie das funktioniert, wie effizient es ist und welche weiteren Ideen es dort gibt, darum geht es in diesem Video.

Breaking Lab Shortskanal:

Dieses Video ist in meinem Breaking Lab-Team entstanden. Verantwortlich aus der Redaktion: Farah Lukaschik, Jacob Beautemps; Editing: Jonas Tietz, Lukas Loibl

Ich bin Jacob Beautemps und mache gerade meinen Doktor an der Universität zu Köln. Vor vier Jahren habe ich zusammen mit Philip Häusser diesen YouTube Kanal gegründet und seit 2018 stehe ich nun selbst vor der Kamera. In meiner Forschung an der Uni geht es um das Thema "What comprises a successful educational YouTube video?: the optimization of YouTube videos’ educational value through the analysis of viewer behavior and development via machine learning." Oder kurzgesagt: Wie lernt man auf YouTube und wie können wir das mit künstlicher Intelligenz optimieren. Dies fließt natürlich stark in meine YouTube Videos mit ein, denn hier geht es auch darum möglichst viel über Physik, Chemie, Technik und andere naturwissenschaftliche Themen zu lernen.

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[energynest]

Hei Jacob und liebes BREAKING LAB team! Ein großes DANKE für das ENERGYNEST Feature, wir haben uns sehr gefreut! Falls du und das Team gerne in die Tiefe zu Technologie, Wirkungsgrad - - yes, der liegt tatsächlich bei 95-98%, denn der grüne Strom, der als Wärme/Dampf im Spezialbeton gespeichert wird, wird so auch als Wärme/Dampf direkt für Industrieprozesse zur Verfügung gestellt, und nicht in Strom zurückgewandelt (da machen andere Speicher einfach mehr Sinn) - - oder auch unseren Projekten gehen wollt, schreibt uns doch einfach eine Nachricht, wir freuen uns drauf!

[JaIgel]

Bitte ein Video zu Redox-Flow-Batterie. Ich hatte damals vor 4 Jahren im Abi meine Seminararbeit zu dem Thema geschrieben. Da musste ich aber auch feststellen, dass die Artikel zum Thema nicht top aktuell sind, also dass das Thema eher versandet. Wäre total interessant zu erfahren, wenn es da etwas neues gibt :)
Ansonsten zu den Wirkungsgraden dieser hier vorgestellten Speichertechnologie: Alles über 40% wird sich nur erreichen lassen, indem man die Wärme (Die Restwärme, die die Dampfturbinen verlässt) auch zum Heizen verwendet. Aber das bietet sich ja auch an? Ich würde vermuten, dass Kohlekraftwerke auch teilweise an das Fernwärmenetz angeschlossen sind?

[michaelpaul]

Bitte mach noch viele Videos über die Batterietechniken. Grade die Redox-Flow-Batterie fände ich als Hausanwendung total super. Mach bitte weiter so. Ganz lieben Dank.

[marcor]

Hi! Das mit den Wirkungsgradangaben ist so eine Sache wie du richtig bemerkt hast. Es kommt immer darauf an auf was sich die Wirkungsgrade beziehen (Bilanzraum). 90 % bezieht sich wahrscheinlich nur auf die Ein- und Ausspeicherung von thermischer Energie, aber nicht auf die Rückverstromung. Moderne Gas- und Dampf Kraftwerke (GuD) kommen auf über 50 % bis 60 %. Den Wert hinzugenommen kann der Gesamtwirkungsgrad durchaus auf unter 50 % fallen. Auch interessant ist der Wärmeverlust dieser Speicher bei längeren Standzeiten. Also die Verschiebungen der PV-Strommenge von Sommer zu Winter und das wird notwendig sein, da gerade im Winter der PV Strom fehlt! Hier wäre die Betrachtung von Redox-Flow sehr schön, da bei diesen Batterien Leistung und Speicherkapazität unabhängig von einander ist, d.h. bei kleineren Leistungen können große Mengen an Strom gespeichert werden in Form von Tanks die irgendwo rumstehen (anders als bei Lithium Ionen Batterien). Leider gibt es m.W. am Markt noch keine Großkaliber Redox-Flow Batterien sondern nur für den Heimgebrauch. Bitte ein Video dazu :)

[christianzirk]

Aus meiner Sicht sind alle Speicher interessant und haben ihre Berechtigung. Der Wikungsgrad ist ein Maßstab für eine Bewertung, sollte aber nicht der einzige sein. Was ist zb. mit der Nachhaltigkeit, ökologischer Fußabdruck, ... Um nur mal ein paar Vergleichsaegumente anzubringen: Welche benötigten Ressourcen habe ich ggf. vor Ort, die für den Speicher benötigt werden? Aufwand für die Gewinnung der Ressourcen? Menge an globalem Vorkommen der Ressourcen? Langlebigkeit der Speicher? Wartungsaufwand? Recycling der Speicher bach Lebensende?...

[davidoff]

Redoxflowbatterien- video ja bitte gerne.

[lordzaiross]

Ich bin so froh, das es so viele intelligente engagierte Menschen gibt. Ohne diese wären wir verloren.

[bastiM]

Also als Saisonaler Speicher sehe ich derzeit nur Wasserstoff als am Sinnvollsten an da sehe ich halt 3 Punkte die es als fast Unschlagbar macht. 1. Wir haben eh schon ein extrem großes Gasspeichernetz was man dann direkt als Wasserstoffspeicher umfunktionieren kann. Wir haben Gaskraftwerke die man relativ "leicht" auf Wasserstoff als Energieträger umrüsten kann. Sprich wir haben da schon eine gute Infrastruktur die man nutzen kann. Zudem sind dann) eine Ideale Ergänzung, da diese Beliebig von 0-100% Last geregelt werden kann um bei Schwachen Winden oder Dunkelzeiten die Last auszugleichen.
2 Pluspunkt für Wasserstoff ist, dass die Industrie wie Chemie, Stahl u.s.w Wasserstoff sehr gut nutzen kann als Energieträger.
und 3. für die Schifffahrt sowie Flugzeuge wird Wasserstoff gebraucht werden um auch dort Klimaneutral zu werden, weil da wird es auf absehbarer Zeit wenig Alternativen geben.
Durch die vielen anwendungen wird es sehr viel Sinn machen in Deutschland eine sehr große Wasserstoffproduktion aufzubauen. Um gerade die PV Energie voll zu Nutzen damit niemals Windräder oder sogar große PV Anlagen abgeschaltet werden müssen.

Einzig bei Autos und LKWs sowie Kleinanlagen für 1 Familienhäuser sehe ich Wasserstoff als Pure Energie Verschwendung. Da sind Akkus einfach viel viel Effizienter weil in denn 3 gebieten geht es nicht um eine Speicherung von Wochen sondern nur von ein paar Tagen um die Energie gut zu nutzen.
Das hat einfach viel mit der Skalierung zu tun je kleiner die Anlage destro katastrophaler wird der Wirkungsgrad oder es wird extrem teuer.

Jetzt kommt aber das große Aber. Solange wir noch nicht genug Erneuerbare Energie Produzieren wird es Kostentechnisch noch keinen Sinn machen Strom Langfristig zu Speichern. Erst wenn die Abschaltzeiten von Windkraftanlagen und Solarparkt Wirtschaftlich Teurer werden, als der Wirkungsgrad Verlust bei der Speicherung mit Wasserstoff, wird angefangen Langfristig Energie zu Speichern.

[EinChris]

Mir gefallen deine Videos wirklich ausgesprochen gut.
Positive Ausblicke in die Zukunft mit krassen technologischen Konzepten, aber vollkommen ohne sensations-heischerische Hysterie.
Auch ausgewogene pro/contra-Betrachtung. Und am Ende auch noch sehr angenehm vorgetragen.

[ulrichklakow]

Hallo Jacop, erstmal vielen Dank für deine sehr guten Beiträge. Große Klasse wie du es schaffst oft komplexe Sachverhalte darzustellen.
Obwohl ich selber die meisten Themen selber schon weiß, ist es oft mit Arbeit verbunden die vor und Nachteile abzuwägen und genau da sind deine Videos sehr gut🙂Nun mal was zu den Energiespeichern.
Jedes reinpumpen von Energie in ein thermisches Speichermedium, z.B. eben in Lavagestein geht zwar mit einem hohen Wirkungsgrad, den hier sind z.B. nur die Verluste der Übertragung im elektrischen Netz bis zu den Heizelementen zu berücksichtigen und dann natürlich die Isolationsverluste des Behälters wo das Gestein drin ist und die Pumpen, aber eine Rückübertragung um daraus elektrische Energie zu machen ist selbst theoretisch auf ca. 67% beschränkt aber in einem Dampftyklus eher unter 40%.
Was man machen könnte wäre ein KWK Werk um die Abwärme zur Heizung einzusetzen.
Was sicher war ist das die Spezifischen Kosten des Speichers selber klein sein können, man also Überschussenergie die sonst einfach durch Abschaltung von z.B. Windrädern, billig in so einen Speicher gepumpt werden kann und man vielleicht 35% davon irgendwann später zu Strom machen kann und vielleicht weitere 40% zur Heizung über Fernwärme nutzen kann.

Wichtig hierbei sind sehr geringen spezifischen Kosten vom Lavagesteinsspeicher und es damit möglich wird Tagesüberschüsse billig zu nutzen.
Beton ist hier allerdings sehr viel schlechter weil zu seiner Herstellung sehr viel CO2 frei wird.
Lavagestein muss hier zwar abgebaut und gebrochen werden (Steinmühle), ansonsten kostet aber nur der Transport CO2.

Das Verfahren hat derzeit leider noch zwei Nachteile:
1) man braucht zumindest einen Teil der mit Solar-oder Windanlagen erzeigten Strom jeden Tag (z.B. 15% in jeder Woche), damit das Kraftwerk überhaupt Arbeiten kann
2) Und man braucht Fernwärmenetze um die Energie möglist effektiv zu nutzen.

[Malusdarkblades]

Ich finde die Flüssigsalzspeicher und die hier vorgestellte Technologie sehr interessant um große Mengen Energie zu speichern.

[drhaese]

Hallo Jacob, wieder ein schöner Beitrag mit guter Recherche. Die Frage nach den Wirkungsgraden erscheint kniffelig, ist aber gut erklärbar: Bei der Umwandlung von Arbeit oder jeder anderen Energie in Wärme kann ein Wirkungsgrad von 100 % erreicht werden. Problematisch ist aber die Rückumwandlung von Wärme zurück in Arbeit bzw. Energie, denn der max. Wirkungsgrad ist durch die sog. Carnot-Effizienz (2. Hauptsatz der Thermodynamik) begrenzt. Einfach gesprochen hängt dieser Wirkungsgrad alleine vom Temperaturunterschied zwischen heißer Quelle und kalter Senke ab. Deshalb erreichen die Dampfturbinen nur die von Dir angesprochenen Wirkungsgrade von ca. 45 %. Es ist immer sehr ineffizient, Energie in Wärme umzuwandeln und dann mit den Verlusten gemäß Carnot-Wirkungsgrad rückwandeln zu wollen. Eigentlich eine Sackgasse, wenn die Wärme nicht auch zum Heizen verwendet wird.

[ronnyschulz]

Ich glaube wir brauchen dringend verschiedene Arten von Speichern. Zum einen sind Kurzzeitspeicher, aber auch Langzeitspeicher notwendig. Denn wir müssen ja die Flauten bei erneuerbaren fülle, aber auch über den Winter kommen, wenn die Sonne mehrere Monate wenig scheint. Aus meiner Sicht sind die Batteriespeicher von Autos ein riesigen Potential. Es ist schade, dass das da so langsam voran geht. Es ist druchaus realistisch 20-30% der Akkuladung fürs Stromnetz zu reservieren, ohne dass man dann gleich stehen bleibt. Das sind bei einem Akku von 77 kWh immernoch 15-22 kWh und da kommt man schon recht weit mit. Dennoch fehlt es da noch an rechlichen Rahmenbedingungen und technischen Umsetzungen. Denn auch, wenn asiatische Autos das bidirektionale laden schon unterstützen, fehlt doch noch der Weg zum Power-To-Grid bzw. deren intelligente Umsetzung, also wann wird geladen, wann entladen uvm.

[FreyaGluecksweg]

Wieder sehr interessant, lieber Jacob. 😊👍💜 Aber Deine Frage, welche Art der Speicherung ich am besten finde, kann ich Dir leider nicht beantworten. Ich kann höchstens vermuten, dass die vielleicht alle verwendet werden können, wenn die Techniken noch ein bisschen ausgereifter sind. Dann eignen sich manche vielleicht mehr zur zentralen Speicherung (z.B. in alten Kohlekraftwerken) und andere (die nicht so viel Platz in Anspruch nehmen) auch zur dezentralen Speicherung, z.B. im Keller von Wohnhäusern.
Auf jeden Fall danke für Deine guten Erklärungen, die mir immer Mut machen, dass die Menschen für alles 'ne Lösung finden. 😊👍💜

[marcwalther]

Die 90% Wirkungsgrad beziehen sich auf die thermische Speicherung (Wärme rein zu wärme raus) auf 1 Woche Speicherung gerechnet, der Gesamtprozess von Strom zu Strom beträgt dann etwa die angegebenen 45%. Mein ehemaliger Thermodynamikprof war mit an der Entwicklung beteiligt und hatte Teilweise in der Thermovorlesung darüber erzählt, unteranderem war aber auch ein Problem am schlechten Wirkungsgrad die Gasturbine, da diese recht klein war und man noch nicht in der Lage war/ist kleine Gasturbinen mit so hohem Wirkungsgrad zu bauen wie die großen (stand 2019).

[dinosaurus]

Jetzt wo Du es erwähnt hast, macht bitte ein Video zu Redox Flow Batterien. 😊
Btw. Ich wäre bereit zu wetten, dass wir in der Zukunft verschiedene Speichersysteme haben werden. Sie werden vermutlich für unterschiedliche Bereiche gedacht sein. z.B. welche für die Industrie, andere für die Netzstabilität und noch mal andere für privaten Gebrauch.

[Lennard]

Super Idee, nur halt nicht für Strom (wegen ineffizienz der Turbinen). Könnte aber super dafür genutzt werden um Fernwärme vorerst zu speichern und somit Netzschwankungen auszugleichen.
Wenn Mittags geheizt wird wenn Solar im überfluss vorhanden ist, kann man Strom einsparen wenn alle nach Hause kommen und ihre Autos, Herde und Fernsehen einschalten. Eventuell könnte das auch Wärme bei Dunkelflauten sicherstellen.

[timtrix]

Hey Jacob! Schau dir mal das Speichersystem von sonnen an! Die machen extrem viel in Bezug auf intelligentes Lademanagment und Regelenegie auf Basis von Heimspeichern. Super interessant!

[hubertroscher]

Es gibt aber noch mindestens ein weiteres Kriterium und zwar ist das ist die Haltbarkeit/Lebensdauer. Batterie-Speicher sind irgendwann mal Schrott, der aufwändig recycelt werden muss.

[diruvodestp]

@breakinglab mach doch mal ein video zur Thermodynamik, es gibt nämlich je nach Temperatur physikalische Grenzen für den Wirkungsgrad.