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Verluste von Quelle bis zur Senke

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  1. Verluste von Quelle bis zur Senke

    Autor: gdh 29.06.20 - 20:22

    Hallo,
    grade in Hinblick auf die Diskussionen Akku auto vs Brennstoffzellenauto, würde ich gerne Wisssen, wie hoch der Wirkungsgrad über die gesamte Strecke ist.

    Zum Beispiel:
    1t Kohle hat einen Energiegehalt xy
    Die Kohle wird verfeuert, Dampf wird erzeugt und treibt eine Turbine an. Die Turbine ist über eine Welle an einem Generator angeschlossen. Der Generator erzeugt Strom, der Strom wird mehrmals hoch und runter transformiert, bis er dann im Niederspannungsnetz bei dem Verbraucher an der Steckdose ankommt.

    Wie groß sind die Verluste über so eine Strecke, gerne anhand von einem konkreten Beispiel, Verbraucher in NRW bekommt Strom aus einem kraftwerk in München (oder wo auch immer)


    Als Pendant wäre die gleiche Betrachtung via HGÜ interessant.

  2. Re: Verluste von Quelle bis zur Senke

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 30.06.20 - 16:29

    Die Leitungsverluste im Netz müssen in Deutschland von den Netzbetreibern per Gesetz angegeben werden. Sie liegen bei etwa 5 Prozent. Dabei stammen 4 Prozent von den Höchstspannungsnetzen, in denen Strom über weite Strecken übertragen wird, der Rest von den Netzen mit niedrigerer Spannung. Entsprechend kann eine Umstellung auf HGÜ nicht mehr als etwa 4 Prozent bringen. Da die Entfernungen relativ klein sind, über die in Deutschland Strom transportiert werden muss, halten sich die Verluste in Grenzen.

    https://www.50hertz.com/de/Transparenz/Kennzahlen/Netzdaten/Netzverluste/

    Ich muss ganz ehrlich sagen, dass ich mich mit der Übertragungstechnik bislang wenig befasst habe, eben weil die Verluste recht überschaubar sind. Ob sich HGÜ lohnt oder nicht, hängt hauptsächlich von den Kosten für und die Verluste durch die Gleich- und Wechselrichter an beiden Enden der Leitung ab - jeweils im Vergleich zur herkömmlichen Wechselstromtechnik. Mit dem Feld habe ich mich nicht näher auseinander gesetzt, so dass ich da nicht viel zu den Details, der Entwicklung und den Aussichten der Technik sagen kann.

    Im Hinblick auf Akku vs. Wasserstoff sind die Leitungsverluste aber gänzlich vernachlässigbar in Anbetracht von Verlusten weit über 60% durch Brennstoffzelle, Elektrolyse und Wasserstoffspeicherung.

    Frank Wunderlich-Pfeiffer (Twitter: @FrankWunderli13) - als freier Journalist bei Golem.de unterwegs - Countdown Podcast zur Raumfahrt @countdown_pod oder https://countdown.podigee.io/

  3. Re: Verluste von Quelle bis zur Senke

    Autor: gdh 30.06.20 - 18:25

    Frank Wunderlich-Pfeiffer schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------


    Dürfte ich gerne eine unterschiedliche Betrachtung beisteuern.

    > Entsprechend kann eine Umstellung auf HGÜ nicht mehr als etwa 4 Prozent
    > bringen.

    Das kann durchaus sein. Der Plan für HGÜs war, z.b. eine Leitung von Norddeutschland bis ins Ural zu legen, um den dortigen Windpark zu betrieben (Stand 2009) resp. die Energie davon weg zu transportieren. Eine weitere HGÜ in den Süden zu einem Solarpark und so weiter. Das sollte dazu dienen, um später ein Grid aus verschiedenen regenerativen Energiequellen zu schaffen, falls z.b. am Ural mal kein Wind ist.

    Üblicherweise hat man Wechselrichter an Solarparks. Die Spannung wird dann hochtransformiert, um durch den Skin Effekt weniger Verluste über lange distanzen zu haben.
    Der schritt des Wechselrichters, Trafo etc. könnte sich ändern, wenn eine HGÜ benutzt wird. Somit kann sich auch diese 4% Marke ändern. Ich kann nur nicht beurteilen, wie groß oder in welche Richtung sich eta verschiebt.

    Sollten Sie sich mal mit dem Thema befassen, würde ich mich freuen, wieder von Ihnen lesen zu können.

    > Im Hinblick auf Akku vs. Wasserstoff sind die Leitungsverluste aber
    > gänzlich vernachlässigbar in Anbetracht von Verlusten weit über 60% durch
    > Brennstoffzelle, Elektrolyse und Wasserstoffspeicherung.

    Das wird vermutlich so sein, die Eingangsfrage war Quelle bis zur Senke. Ich hätte gerne den Wirkungsgrad über die gesamte Strecke gewusst. Ich kann mich dran erinnern, dass wir im Studium mal das Thema angerissen haben. Ich kann mich nur leider nicht mehr an die Zahl erinnern (die jetzt auch wieder einige Jahre zurück liegt) ich habe etwas von 60% Verlust im Kopf, ohne Strommix mit Reg. Energien.


    Rein von meinem Bauchgefühl her, würde ich behaupten, fahren wir mit einem Wasserstoffauto komfortabler und günstiger, weil:
    Die Betrachtung, dass man Wasserstoff durch Sonnenenergie bekommen kann und einfach per Schiff von z.b. Afrika nach Europa bringen kann, häufig aussen vor ist.
    Ferner könnte man Windparks dazu nutzen, um bei Überkapazität nicht still zu stehen, sondern die Energie für die Elektrolyse zu nutzen. Man könnte den Wasserstoff abtransportieren oder Windräder zu Tankstellen machen.

    Auch der Ökologische Rucksack fließt mir zu selten in eine übergeordnete Betrachtung ein.

    Das Thema ist sehr komplex und vielschichtig, neben den Kosten, Wirkungsgraden, spielt auch ein ethischer Faktor mit rein. Wo werden die benötigten seltenen Erden abgebaut und zu welchen Konditionen.
    Wie lange werden wir diese technologie nutzen wollen und wie viele.
    Wie schnell schreitet die Entwicklung voran.

    Wir hier bei Golem werden vermutlich nicht das Wissen und die Resourcen haben, um den Fragen objektiv und Wissenschaftlich nachgehen zu können.


    Sollten Sie noch eine Analyse oder Betrachtung von der Quelle bis zur Senke nachreichen, würde ich mich drüber freuen. Alles andere geht vermutlich zu weit.

  4. Re: Verluste von Quelle bis zur Senke

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 08.07.20 - 23:12

    gdh schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Frank Wunderlich-Pfeiffer schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------

    > Rein von meinem Bauchgefühl her, würde ich behaupten, fahren wir mit einem
    > Wasserstoffauto komfortabler und günstiger, weil:
    > Die Betrachtung, dass man Wasserstoff durch Sonnenenergie bekommen kann und
    > einfach per Schiff von z.b. Afrika nach Europa bringen kann, häufig aussen
    > vor ist.

    Das Problem, dass bei dieser Betrachtung praktisch immer außen vor gelassen wird, ist die Bevölkerung der afrikanischen Länder. Seit Desertec habe ich noch keinen Plan gesehen, bei dem die Bevölkerung der betroffenen Länder an der Profiten oder wenigstens der Planung beteiligt oder zumindest vor der Umsetzung auch nur gefragt werden soll.

    Derzeit findet die Paris-Dakar-Rally jedes Jahr in Südamerika statt, weil die politische Situation in Nordafrika zu instabil ist, um auch nur ein einfaches Autorennen durch die Wüste zu veranstalten. Vor diesem politischen Hintergrund den Aufbau kritischer Infrastrukturen in den gleichen Ländern zu diskutieren, finde ich gewagt. Sollte sich an der Situation etwas ändern, werde ich meinen Standpunkt nochmals überprüfen. Bis dahin sehe ich in solchen Plänen keine Zukunft und in Verbindung mit ihnen mehr Probleme als Lösungen auf Europa zukommen.

    > Auch der Ökologische Rucksack fließt mir zu selten in eine übergeordnete
    > Betrachtung ein.

    Der ökologische Rucksack ist der Grund, weshalb Effizienz und Häufigkeit von Rohstoffen so wichtig in der Betrachtung sind. Wenn bei der Speicherung 66% der Energie verloren gehen, verdreifacht das mindestens den ökologischen Fußabdruck der Stromerzeugung - bei jedem Speicherzyklus. Der Ressourcenverbrauch der eigentilchen Speicherung, für Brennstoffzellen, Wasserstofftanks etc. kommt noch hinzu. Konkurrierende Speichermethoden dürfen also nicht nur am unmittelbaren Ressourcenverbrauch für den Bau des Speichers selbst gemessen werden. Die bei niedriger Effizienz nötige zusätzliche Stromerzeugung kommt noch hinzu.

    Überschlagsmäßig kann festgehalten werden, dass etwa moderne Lithium-Eisenphosphat-Akkus rund 15.000 Ladezyklen überstehen und die Herstellung von 1kWh dieser Akkus also 30.000 kWh verbrauchen müsste, damit die Brennstoffzelle im Energieverbrauch gleichziehen kann. Vorausgesetzt, dass der Bau von Brennstoffzellen, Wasserstoffspeicher und Elektrolyseure keine Energie verbraucht und die Anlagen ewig Nutzbar sind. Das ist einfach nicht der Fall. Die Energiebilanz von Akkus ist im Vergleich zum Wasserstoff schon nach 100 Ladezyklen mehr als ausgeglichen. Der Energieverbrauch für die Herstellung von 1kWh Lithium-Ionen-Akkus liegt bei etwa 50 kWh pro Akku. Bei Natrium-Ionen-Akkus dürfte er ähnlich hoch liegen.

    Gerechtfertigt werden könnte die Nutzung nur, wenn große Mengen Energie gespeichert und nur sehr selten abgerufen werden müssen. Aber selbst dann nur als letzte Option, nachdem alle effizienteren Alternativen ausgeschöpft sind - wie etwa auch thermische Speicher. Danach gilt es zu überprüfen, wieviel der CO2 Emissionen bis dahin schon eingespart wurden und ob der Restbedarf für den Notfall nicht auch einfach mit Erdgas gedeckt werden kann, ohne für den Klimawandel relevante Emissionsmengen zu verursachen. Für die nächsten Jahrzehnte ist das Ziel der Energiewende ohnehin nicht der komplette Ausstieg aus fossilen Brennstoffen, sondern eine Reduktion um 80 Prozent. Wenn dieses Ziel erreicht ist oder kurz bevor steht, können die Optionen der dann vorhandenen Technologien nochmal neu bewertet werden um auch den Rest zu vermeiden.

    > Das Thema ist sehr komplex und vielschichtig, neben den Kosten,
    > Wirkungsgraden, spielt auch ein ethischer Faktor mit rein. Wo werden die
    > benötigten seltenen Erden abgebaut und zu welchen Konditionen.

    Zu den meisten seltenen Rohstoffen gibt es inzwischen Alternativen. Die ersten kommerziellen Natrium-Ionen-Akkus werden noch dieses Jahr von Faradion an eine australische Firma ausgeliefert, ab nächstem Jahr sollen die Akkus an einen indischen LKW-Hersteller in größeren Mengen aus einer eigenen Fabrik im GWh-Maßstab geliefert werden. Auch Motoren oder Generatoren von Windturbinen können ohne Dauermagnete mit seltenen Erden gebaut werden, selbst Spulen können längst ohne Kupfer und nur mit Aluminium gebaut werden. Der Rest ist eine Frage welche Technologie bei der Energieerzeugung und -speicherung verwendet wird und nicht mehr die Frage, ob sie überhaupt existiert.

    Frank Wunderlich-Pfeiffer (Twitter: @FrankWunderli13) - als freier Journalist bei Golem.de unterwegs - Countdown Podcast zur Raumfahrt @countdown_pod oder https://countdown.podigee.io/

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