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Energiedichte, Isolierung und Wind-Flauten

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  1. Energiedichte, Isolierung und Wind-Flauten

    Autor: KrummeGurke 23.01.20 - 23:14

    Was mir im Artikel völlig fehlt ist weniger der Wirkungsgrad, sondern mehr die Energiedichte. Wie groß wird das Ganze denn? Falls es noch jemanden interessiert, hab das mal kurz überschlagen. Luft hat ungefähr eine Wärmekapazität von 1 kJ/(kg·K). Im Artikel steht, dass die Luft um ungefähr 220 K abgekühlt wird, macht schon mal 220 Kj/kg. Dazu kommt noch die Energie für den Übergang in den flüssigen Zustand, aber den vernachlässige ich jetzt mal, da ich davon ausgehe, dass das bei der Temperaturdifferenz nicht so sehr uns Gewicht fällt und das auch den Wirkungsgrad sonst komplett verhageln würde (Luft muss durch Energiezufuhr gasförmig gemacht werden). Zur Dichte konnte ich nichts finden, nur dass Sauerstoff bei rund 1,1 g/cm³, Stickstoff bei 0,8 g/cm³ liegt. Gehen wir mal von 1 g/cm³ aus, macht 1.000 kg/m³, also 220 MJ/m³ = 61 kWh/m³. Wenn der Wirkungsgrad, wie in einem anderen Kommentar angegeben, bei 50% liegt, schafft man also groß 30 kWh/m³. Für die 250 MWh benötigt es also einen Druckspeicher für gut 8000 m³. Das ist ein Würfel von 3 Meter Höhe und einer quadratischen Fläche mit 50 m Kantenlänge. Das entspricht ungefähr dem, was 2 bis 4 Haushalte an Volumen einnehmen, dafür können 70 Haushalte ein Jahr versorgt werden.
    Sollte ich einen Fehler in der Rechnung oder im Ansatz haben, bitte korrigieren

    Thema Isolierung: Es wurde in den Kommentaren mehrfach erwähnt, dass die Isolierung doch super gut sein müsste. Aber warum? Die Luft wird stark komprimiert, dabei entsteht Abwärme. Ist die weg, hat die Luft einen sehr hohen Druck, aber bei 20 °C. Da muss gar nichts isoliert werden. Dehnt sich die Luft wieder aus, kühlt sie wieder ab, nimmt sich also die Energie von außen, die man vorher entziehen musste, um sie zu komprimieren. Wenn, müsste man also dafür sorgen, dass die entstandene Wärme nicht verloren geht, nicht aber, dass es kalt bleibt.

    Und zum Wirkungsgrad: Der mag nicht das wichtigste Kriterium sein, aber wichtig ist der trotzdem. Wenn der Wirkungsgrad verdoppelt wird, kann ich die Anlage halb so groß bauen, das spart richtig Geld. Es ist natürlich sinnvoll, wenn die aktuell komplett ungenutzte überschüssige Energie irgendwie genutzt wird, auch mit einem schlechten Wirkungsgrad. Aber das darf man auch nicht überbewerten. Der Anteil der erneuerbaren Energien ist bei ... 10 bis 20%? Keine Ahnung, will jetzt nicht extra suchen. Aber davon ist auch nur ein Teil ungenutzt. So viel kann man damit also auch nicht reißen.

    Und zuletzt noch zum Thema "wenn die Sonne mal nicht scheint und der Wind nicht weht": Fast alle betrachten den Fall, dass es mal bewölkt ist oder eben windstill, dass der Speicher also nur wenige Tage halten müsste. Ein viel wesentlicherer Punkt wird aber selten beactet: Der Winter, gerade live draußen zu beobachten. Im Winter scheint die Sonne im Mittel viel weniger. Entweder man dimensioniert die Solaranlagen so sehr über, dass es auch im Winter noch reicht, dann hätte man aber im Sommer sehr viel überschüssige Energie. Oder aber man speichert die Energie für ca. ein halbes Jahr zwischen, nämlich im Sommer bis zum Winter. Auch hier weiß ich es gerade nicht, aber ich schätze es so ein, dass im Winter auch weniger Wund weht, ein Speicher wird also auch dafür benötigt. Die Anlage reicht damit also für rund 35 Haushalte.

  2. Re: Energiedichte, Isolierung und Wind-Flauten

    Autor: PG 25.01.20 - 11:31

    > Auch hier weiß ich es gerade nicht, aber ich schätze es so ein, dass im Winter auch weniger Wund weht

    https://www.staedtebauliche-klimafibel.de/?p=27&p2=3.4.1 hat gegen Ende eine Tabelle, aus der hervorgeht, dass zumindest 1976-1986 in Mannheim die Windgeschwindigkeit von November bis April auf oder über dem Jahresdurchschnitt lag.

    https://wetter.th-luebeck.de/wstats/widat.htm deckt 1997-1999 in Lübeck ab, und auch da war eher im Winter mehr Wind als im Sommer, auch wenn sich das immer mal etwas verschiebt und es natürlich Ausreißer gibt (allerdings anscheinend eher in der Form, dass es mal im Sommer viel stürmt, als dass im Winter Flaute ist).

    Sind jetzt nicht die aktuellsten Daten, aber nach 2 Minuten Googlen sieht meine Einschätzung eher so aus, dass es im Winter genug Wind geben dürfte.



    2 mal bearbeitet, zuletzt am 25.01.20 11:36 durch PG.

  3. Re: Energiedichte, Isolierung und Wind-Flauten

    Autor: chmbs 27.01.20 - 15:53

    KrummeGurke schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > [...] Das ist ein Würfel von 3 Meter Höhe und einer quadratischen Fläche
    > mit 50 m Kantenlänge. [...]
    > Sollte ich einen Fehler in der Rechnung oder im Ansatz haben, bitte
    > korrigieren

    Da du ja um Korrektur bittest: Dein Verständniss davon, was ein Würfel ist bedarf einer solchen.

    ;-)

  4. Re: Energiedichte, Isolierung und Wind-Flauten

    Autor: Workoft 29.01.20 - 17:48

    KrummeGurke schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > ich schätze es so ein, dass im Winter auch weniger Wund weht,

    Nein, im Winter weht im Schnitt deutlich mehr Wind.
    https://energy-charts.de/energy_de.htm?source=all-sources&period=monthly&year=2019
    Deswegen ist es ja wichtig, dass sowohl Wind als Photovoltaik ausgebaut werden, weil die beiden Quellen vorwiegend komplementär verfügbar sind. Damit reduziert man den Speicherbedarf auf einen Bruchteil. So liegt das Verhältnis des produktionsstärksten Monats zum produktionschwächsten Monat bei ca. 2:1 und die Produktionsstärke ist gut über das Jahr verteilt (ich hoffe, das habe ich so verständlich ausgedrückt). Würde man nur die PV ausbauen, wäre das Verhältnis 7:1 und die 6 schwächsten Monate liegen alle beieinander.
    Bei einer guten Mischung muss man daher schätzungsweise Energie für einen halben Monat vorhalten (denn auch in schwachen Monaten gibt es ja Generation). Wenn man nur PV ausbaut, müsste man mindestens 2/3 der Energie für die 6 schwächsten Monate vorhalten, also mindestens 4 Monate. Bei Wind ist das nicht ganz so kritisch, da hier das Verhältnis bei knapp 3:1 liegt.
    Bessere Vernetzung Europas, vor allem mit den Pumpspeichern, könnte den Speicherbedarf weiter senken

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