Hallo,
ich hab versucht was zu rechnen, aber ich bin mir sehr unsicher!
Naives, fiktives Grob-Beispiel
Stahlvollzylinder r=20m, h=5m
Masse = rd 5000t
Rotationsenergie J = 9877167302 kg*m2
Umin = 100
Gespeicherte Energie: ~ 140 MWh
Kann das jemand hier nachrechnen und verifizieren?
Rotationsenergie | LEIFIphysik
Winkelgeschwindigkeit – Wikipedia
Massenträgheitsmoment-Rechner - DI Strommer (johannes-strommer.com)
Deutschland betreibt Pumpspeicher im maximalem Inhalt von 40 GWh (Stand 2010) , um mal einen Vergleich zu unseren größten Speichern anzustrengen.
Diese Energie ließe sich mit 285 Stück der oben angedachten Rotationsspeichern verdoppeln.
Jetzt bräuchte ich einen Ingenieur, der so ein Rad statisch berechnen kann, mit der Frage, wieviel Drehzahl ist machbar. Immerhin - bei 500 U/min bräuchte man nur noch knapp 60 solcher Speicher, um die deutsche Pumpspeicherkapazität zu verdoppeln.
LG
Der Primärenergiebedarf von uns Mitteleuropäern betragt etwa 5 kW je Nase, also nicht gerade wenig!
kW pro Kopf finde ich auch eine nette Größe. Der Primärenergie Bedarf ist inzwischen nur noch knapp über 4 kW pro Kopf, wenn ich die Zahlen der AG Energiebilanzen für 2023 richtig umgerechnet habe.
4 kW mal 24 Stunden mal 365 Tage sind etwa 36000 kWh pro Kopf. Der private Stromverbrauch pro Kopf ist nur etwa 1500 kWh pro Jahr bzw. etwa 170 Watt.
Dazu kommt:
1. Verluste in Kraftwerken => 1500 kWh Strom brauchen etwa 3000 kWh Primärenergie, wenn man berücksichtigt, dass ein Teil der Primärenergie durch den Kühlturm der Kohlekraftwerke weggeblasen wird.
2. Heizung, etwa 7000 kWh pro Person
3. Mobilität, etwa 6000 kWh pro Person für Benzin/Diesel
Die 16000 kWh in Summe sind immer noch weniger als 36000 kWh, weil halt auch die Industrie und andere Großverbraucher Energie benötigen.
Gehe mal von einer Halbierung des Primärenergie Bedarfs von 3000 TWh auf 1500 TWh aus, wenn weniger Verluste bei Kraftwerken, Autos und Heizungen anfallen, bzw. bei Heizungen viel Umweltwärme mit Wärmepumpen genutzt wird.
Da bleiben dann von 36000 kWh bzw. 4 kW nur noch 18000 kWh bzw. 2 kW pro Nase übrig. Das im Verhältnis 2/3 Strom zu 1/3 biogene Brennstoffe plus Wasserstoff.
Ich selber gehe davon aus, dass Wasserstoff weiter so genutzt wird wie heute auch, also keine Lagerung, kein Transport. Der Wasserstoff wird direkt nach der Erzeugung an Ort und Stelle weiter verarbeitet. Wir haben etwa 300 TWh an Biomasse im Einsatz und die kann man mit Wasserstoff relativ einfach auf 500 TWh synthetische Brennstoffe (vor allem flüssig und gasförmig) strecken.
Damit verbleibt ein Bedarf an Strom von etwa 1000 TWh oder 1,3 kW pro Nase, wenn wir mal davon ausgehen, dass etwas Wasserstoff / Strom importiert wird (primär von anderen Nordsee Anrainern, die mehr Potenzial für Offshore Wind haben).
Welche Speicher sind da am wichtigsten?
1. Ausgleich PV / Wind. Wind hat einen Winter Peak. Bei einem Verhältnis von 40/60 PV / Wind ist der monatliche Ertrag gar nicht so ungleichmäßig über das Jahr.
2. Biomasse auf die Dunkelflaute konzentrieren, das geht in Kraftwerken, aber auch Heizungen können Biomethan oder andere biogene Brennstoffe in der kalten Dunkelflaute verbrennen.
3. Thermische Speicher: großer Haufen Steine wird im Dezember mit Windenergie heiß gemacht und im Januar in einer Flaute wird in der Groß Bäckerei das Brot mit Wärme aus dem Stein Speicher gebacken. Bei Wärmenetzen kann man auch mit großen Wärmespeichern arbeiten.
4. Speicherwasser. Norwegen und Schweden haben Größenordnung 100 TWh an Wasser in Seen stehen. Das ist viele Größenordnungen mehr als deutsche Pumpspeicher.
5. Batterien
6. Austausch mit MENA (Middle East and North Africa). Im Sommer verbraucht Saudi Arabien doppelt so viel Strom wie im Winter. Deren Klimaanlagen können mit deutscher PV mit bedient werden im Sommer und im Winter kann etwas Strom in die andere Richtung fließen, Betonung auf etwas. Das soll kein Netto Import sein und keine große Abhängigkeit schaffen, es soll nur die Gegensätze beim Peak Bedarf genutzt werden (Sommer Kühlung in Saudi Arabien und Winter Heizung in Deutschland im Winter).
Und was nicht bei mir in der Liste ist: Gaskraftwerke, die Wasserstoff nutzen. Meiner Einschätzung nach sind die zu teuer und überflüssig. Bestehende Gaskraftwerke kann man auf Biomethan umstellen und durch kleine Motoren basierte Kraftwerke ergänzen, die dezentral günstig gelagerte biogene, synthetische Brennstoffe nutzen können.
Rotierende Massen sind durchaus im Gespräch als sehr kurzfristige Speicher, ich vermute, dass da Batterien die bessere Wahl sind.
Naives, fiktives Grob-Beispiel
Stahlvollzylinder r=20m, h=5m
Masse = rd 5000t
Ich komme da auf 42000 t.
Und die Umfangsgeschwindigkeit bei 100 /min ist etwa Schallgeschwindigkeit.
Da wird das:
Immerhin - bei 500 U/min bräuchte man nur noch
Etwas schwierig.
Wegen der Überschallströmung.
Ich verstehe deine Intention: du willst rechnen. Das ist großartig, und ich rechne dir das hoch an.
Das kannst du aber auch einfach machen. Rechne mit den 1000 Tonnen Güterzug, die ich nannte. Verdopple oder verdreifache die Geschwindigkeit, die Energie steigt quadratisch mit der Verdopplung. Viel schneller wird man das nicht lagern können, und der Lagerungsaufwand bleibt vorstellbar.
Aber eher man sich dazu ein schön klingendes Riesenmodell macht: es lohnt sich auch ein Blick auf den Aufwand, die Energie hineinzustecken oder herauszuholen. Dazu haben wir das Modell der Lokomotive. Da ist alles drin: Motor, umwandler um Geschwindigkeit und Leistung zu steuern. Wieviel Leistung hat eine Lok? Ich glaube, ein paar tausend PS. Das gleiche in Kilowatt, seinen wir nicht kleinlich.
Sagen wir 3000 Kilowatt, oder 3 MW. Hört sich nach viel an, werden aber wieder nur 4 Minuten, oder 9 Minuten draus. Die gleiche Zeit, die du selbst angenommen hast: 1 Minute, um auf 72 km/h zu kommen, hochgerechnet aufs 2 bis 3 fache. Und für so eine Lok bzw deren Technik kennen wir auch den Preis. 6 stellig?
Ich finde es auch schade, aber ich kann mir eine solche Lösung nicht vorstellen, wenn man Aufwand und Nutzen vergleicht.
PS: ich habe vor Jahrzehnten vor und auf einer der zwei damals größten Karusselldrehmaschinen gestanden. Der Teller wog tatsächlich knapp 1000 Tonnen. Den Tellerdurchmesser weiss ich nicht mehr, ich erinnere mich dass ein Handballfeld knapp draufgepasst hätte. Der Teller war mit einer hydrostatischen Lagerung gelagert. Ziemlich aufwendig. Ziemlich reibungsfrei. Die größte hydrostatische Lagerung, die bis dahin jemals gebaut worden war.
Die maximale Umfangsgeschwindigkeit weiss ich auch nicht mehr, aber es waren nicht die 20 m/s, die wir angenommen haben. Weniger.
Die Kosten? Keine Ahnung. Millionen.
Ich bin kein Amateur, aber ich lerne trotzdem noch.
Bürokratie schafft man nicht durch neue Regeln oder Gesetze ab.
Das Ganze dann im Vakuum und auf einem elektromagnetischen Feld oder wie?
Hatte Norio da nicht mal so ein Rotationsspeicher Konzept vorgestellt?
Alle sagten: "Das geht nicht!" Dann kam einer, der wusste das nicht und hat es einfach gemacht.
@carolus Dann wird so weit evakuriert, bis die Schallgeschwindigkeit über der Rotationsgeschwindigkeit liegt.
Der Primärenergiebedarf von uns Mitteleuropäern betragt etwa 5 kW je Nase, also nicht gerade wenig!
kW pro Kopf finde ich auch eine nette Größe. Der Primärenergie Bedarf ist inzwischen nur noch knapp über 4 kW pro Kopf, wenn ich die Zahlen der AG Energiebilanzen für 2023 richtig umgerechnet habe.
Von mir aus, rechnen wir mit 4 kW. Wir können auch die Amis reinnehmen, dann ist es wahrscheinlich das Doppelte. Egal. Das Beispiel soll nur größenordnungsmäßig zeigen, wie hoch unser Energieverbrauch ist und wieviel punkto Energiewende noch zu tun ist.
Wobei die wenigsten eine Vorstellung haben, wieviel 4 kW sind, was man damit alles anstellen kann.
20 Energiesklaven die rund um die Uhr Schwerstarbeit für einen leisten...!
wir haben in der Uni mit rotationsspeichern gerechnet. Letztendlich ist das Ergebnis immer das gleiche. Es ist eine super Sache für kurzzeitig hohe Energie freizuzusetzen aber zur Speicherung ungeeignet.
Nur mal die Zahlen die hier genannt wurden. Lager für 5000 Tonnen Rotationskörper ?
Kleinste Unwucht bei solch einer Masse führt zu Katastrophen
Welches Fundament damit es sich nicht verschiebt, oder nach irgendeiner Seite kippt.
Lustige Idee zu evakuieren. Wieviel Energie braucht man um das Evakuieren einer solchen Masse (größe) aufrecht zu erhalten.
Die sinnvollsten Anwendungen derzeit sind Stabilisatoren, sowie kurzeitige Speicherung und Abgabe hoher Energiemengen.
Es gab mal busse in der Schweiz, die das verwendet haben um Bergab zu laden und bergauf zu benutzen.
Sonst kenne ich nur Fusionsexperimente, die das nutzen um die Energie bereitzustellen oder notstromaggregate die nen Dieselmotor damit hochreissen und die Zwischenzeit überbrücken.
Gibt seit ein paar Jahren hochgeschwindigkeitsspeicher mit magnetlagern in evakuierten gehäusen.Kenne ich mich aber nicht mit aus.
Das Problem bei großen Massen ist einfach die Verluste durch reibung. Die liegen bei 3 bis 8 % pro Stunde. Das ist einfach zu viel.
Größter Vorteil ist super Wirkungsgrad bei kurzeitiger Energiefreigabe, skalierbare Leistung bis in den Megawattbereich. Sehr schnelle Freisetzung der Energie möglich.
Nachteil. Zu hohe Verluste für Langzeitspeicher.
Stefan
Wir haben hier im Ruhrgebiet hunderte, teils tausend Meter tiefe Löcher.
Keine 200m von hier steht die Zeche Zollverein mit einer Schachttiefe von 1005 m. Bis vor einem Jahr sind da auch noch täglich Techniker runter gefahren, also ist da sogar noch eine gewisse Infrastruktur. Schon vor Jahren habe ich mich gefragt, ob man diese alten Schächte nicht als Schwerkraftspeicher nutzen könnte.
Es müsste sich doch lohnen, dort kurzfristig die Peak PV und Windenergie aus der näheren Umgebung zwischenzuspeichern.
Oder ist das ein zu kleiner Tropfen...
Alle sagten: "Das geht nicht!" Dann kam einer, der wusste das nicht und hat es einfach gemacht.
Größenordnung 500 TWh, wobei das tatsächlich mehr als ein Sechstel der 3000 TWh Primärenergie ist, weil die Wärmekraftwerke noch Verluste haben und die bei der Primärenergie mitgerechnet werden.
Das ist nebenbei bemerkt tatsächlich der Hauptgrund, warum der Primärenergie Verbrauch 2023 so stark gefallen ist, Kohle und Kernkraft durch PV, Wind, Wasserkraft ersetzen und aus 3 kWh Kohle oder Kernkraft Primärenergie wird eine kWh Primärenergie aus PV oder Wind, obwohl die gleiche Strommenge erzeugt wird.
Noch eine Anmerkung dazu: es gibt für Stromverbrauch verschiedene Statistiken, unter anderem, weil die Kraftwerke Eigenverbrauch für Pumpen und dergleichen haben, es Eigenverbrauch von Strom aus Kraftwerken der Industrie gibt, Verluste in Leitungen auftreten. Die Größenordnung reicht für die Betrachtung hier im Thread.
@hger Das hört sich auch interessant an aber auch sehr wartungsintensiv.
Ich hab da noch einfacher gedacht. Ein sehr großes Gewicht gegen einen hoch effizienten Generator.
Ich würde meinen es wäre den Versuch zumindest wert. Um dann vielleicht in größerem Maßstab zu bauen. Tiefe Löcher konnten wir ja immerhin mal ziemlich gut.
Alle sagten: "Das geht nicht!" Dann kam einer, der wusste das nicht und hat es einfach gemacht.
Wir haben hier im Ruhrgebiet hunderte, teils tausend Meter tiefe Löcher.
Keine 200m von hier steht die Zeche Zollverein mit einer Schachttiefe von 1005 m. Bis vor einem Jahr sind da auch noch täglich Techniker runter gefahren, also ist da sogar noch eine gewisse Infrastruktur. Schon vor Jahren habe ich mich gefragt, ob man diese alten Schächte nicht als Schwerkraftspeicher nutzen könnte.
Es müsste sich doch lohnen, dort kurzfristig die Peak PV und Windenergie aus der näheren Umgebung zwischenzuspeichern.
Oder ist das ein zu kleiner Tropfen...
Eine Tonne Gewicht speichert bei 1000m Fallhöhe rund 2,7 kWh brutto. Das ist echt wenig...