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Peter Birke, Michael Schiemann

Akkumulatoren

Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft elektrochemischer Energiespeicher

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Produktdetails

Verlag
Utz Verlag
Erschienen
2014
Sprache
Deutsch
Seiten
424
Infos
424 Seiten
ISBN
978-3-8316-7058-1

Kurztext / Annotation

Elektrochemische Energiespeicher sind überall und ihre Bedeutung ist kaum zu überschätzen: Elektronische Geräte werden, bei steigender Funktionalität, immer kleiner. Dezentrale Energiespeicherung und alternative Lösungen zur Elektromobilität gelten im Zeitalter der regenerativen Energien als Schlüsseltechnologien und sichern die Energieversorgung der Zukunft. Dieses Buch beschäftigt sich mit allen technischen Aspekten von Akkumulatoren, unter anderem: Geschichte, Bauformen, physikalische und chemische Grundlagen, Handhabung, Ladetechniken, Lebensdauer, Reparaturmöglichkeiten, Optimierung und Anwendungen.

Beide Autoren des Bandes verfügen über mehr als 25 Jahre Erfahrung in diesem Bereich und präsentieren neben einem umfassenden Überblick über verschiedene Technologien auch Geschichte, Produktion und die künftige Entwicklungen aus der Welt der Akkumulatoren.

Textauszug

Einleitung

Der Begriff Batterie bezeichnet ursprünglich eine Zusammenschaltung (zumeist die Reihenschaltung) mehrerer als Energiequelle genutzter galvanischer Zellen. Es ist in der Alltagssprache üblich geworden, auch eine einzelne Zelle so zu bezeichnen. Eine solche Zelle ist ein elektrochemischer Energiespeicher und ein Energiewandler. Bei der Entladung wird gespeicherte chemische Energie durch die elektrochemische Red-ox-reaktion in elektrische Energie umgewandelt. Diese kann von einem vom Stromnetz dann unabhängigen elektrischen Verbraucher genutzt werden.

In einer erweiterten Definition des Begriffes lassen sich auch physikalische und chemische Batterien unterscheiden (wie in Abbildung 2) dargestellt.

Abbildung 2: Übersicht über grundlegende Prinzipien der Energiespeicherung

Zu der Solar- und der Brennstoffzelle sei - im Falle einer aufkommenden Frage - bereits an dieser Stelle folgende Bemerkung gemacht:

Die Solarzelle ist ein »instantaner« Speicher, wenn ein Photon ein Elektron in das Leitungsband hebt. Dieses Elektron muss aber durch einen geschlossenen Stromkreis sofort »abgerufen« und »verbraucht« werden.

Die Brennstoffzelle selbst ist in erster Linie ein Energiewandler, der »Tank« (z. B. Wasserstofftank) ist der eigentliche Energiespeicher.

Schwungrad

Ein Schwungrad ist ein Maschinenelement. Es wird unter anderem zur Speicherung kinetischer Energie (Rotationsenergie) genutzt, indem seine Drehbewegung (Rotation) ausgenutzt wird. Die Schwungradspeicherung ist somit eine Methode der Energiespeicherung, bei der ein Schwungrad (in diesem Zusammenhang auch »Rotor« genannt) auf eine sehr hohe Drehzahl beschleunigt wird, und somit die Energie als Rotationsenergie gespeichert wird. Die Energie wird zurückgewonnen, indem der Rotor abgebremst wird.

Die meisten Schwungradspeicherungssysteme arbeiten mit Elektrizität, um den Rotor zu beschleunigen und abzubremsen. Es sind aber auch Systeme in Entwicklung, die direkt mechanische Energie verwenden. Die Rotoren fortgeschrittener Systeme werden aus Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen gefertigt und rotieren mit 20.000 bis über 50.000 Umdrehungen pro Minute. Um die Reibungsverluste gering zu halten, werden luftleere Gehäuse und Magnetlager verwendet. Solche Systeme können in wenigen Minuten voll aufgeladen werden, im Unterschied zu den Stunden, die immer noch für das Aufladen eines Akkumulators benötigt werden. Manche Notstromaggregate höherer Leistung enthalten ebenfalls ein Schwungrad, das durch einen Elektromotor ständig in Drehung gehalten wird. Als eine Teil-Alternative zur Batterie bietet das Schwungrad eine Kurzzeitüberbrückung als kinetischer Energiespeicher in der Absicherung der Energieversorgung. Die Schwungradsysteme nutzen die kinetische Energie, um kurze Spannungsausfälle und Transferzeiten, die z. B. ein Dieselgenerator zum Starten benötigt, zu überbrücken. Bei Stromausfall wird ein vorgewärmter Dieselmotor über eine elektromechanische Kupplung aus dem Stand rasch in Drehung versetzt. Das Schwungrad liefert zuverlässig die Energie zum Anlassen des Dieselmotors und zur Überbrückung der Zeit, bis der Motor volle Leistung abgeben kann. Ein typisches System besteht aus einem Schwungrad (Rotor), das in einem Vakuumgehäuse auf Magnetlagern gelagert ist und mit einer Elektromotor-Generator-Kombination verbunden ist.

Die vertikale Schwungmasse derartiger Energiespeicher speichert eine Energie von bis zu 16,5 MWh, welche typische Überbrückungszeiten von 15 Sekunden bis zu 2 Minuten ermöglichen, ein sehr beachtenswerter Wert, denn bei 97 % aller Störungen in der Versorgung auf der Endkundenseite sind die Unterbrechungen weniger als drei Sekunden, also typischerweise nur leichte Netzschwankungen und keine totalen Stromausfälle. Folgendes Beispiel »Jährliche Netzversorgungsausfälle beim Kunden nach Ausfallzeit« soll dies verdeutlichen:

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Beschreibung für Leser

Unterstützte Lesegerätegruppen: PC/MAC/eReader/Tablet