Druckluft als Energiespeicher! Interesse an Diskussion?

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Liebe Leute, ich bin ganz neu hier, also entschuldigt bitte, wenn das Thema hier gar nicht passt, aber ich denke, einen Versuch ist es wohl wert.

Ich beschäftige mich seit langer Zeit mit Alternativen zur chemischen Energiespeicherung, und habe mich über eine Reihe von Verfahren kundig gemacht. Insbesondere finde ich komprimierte Luft als Speichermedium spannend und ich denke, dass es hier viel Potential für Lösungen gibt, die sowohl ökonomisch als auch ökologisch deutlich günstiger wären als Batterien und die deshalb vielleicht sogar geeignet für saisonale Speicherung wären. Ich suche Leute, die etwas Ahnung von Physik haben, und die Interesse hätten, Gedanken zu diesem Thema auszutauschen. Wer sich noch gar nicht damit befasst hat, kann ja mal zum Einstieg bei YT nach Georg Tränkl und Druckluftspeicher suchen; da gibt es eine Reihe von sehr interessanten Beschreibungen seiner Erfindung, die leider viel zu wenig bekannt ist. Druckluft wird an ein paar Orten auch schon kommerziell zur Energiespeicherung genutzt, und Deutschland war hier mit dem Kraftwerk Huntorf ein Vorreiter. Leider ist die dortige Lösung für die thermodynamischen Probleme (bei der Rückgewinnung wird zusätzlich Gas verbrannt) nicht die richtige, aber es ginge auch anders.

Falls jemand Interesse hat, könnten wir ja mal ein virtuelles Meeting zum Kennenlernen organisieren

Falls es zu diesem Thema woanders schon ein Forum o.ä. gibt wäre ich natürlich sehr für Hinweise dankbar.

Vielen Dank und herzliche Grüße, Andreas

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PS.: Ich weiß, dass man skalierbar anders schreibt, aber die Version mit zwei l wurde vom Forum vorgeschlagen :grinning:

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Naja, Kompressoren sind leider nicht sehr effizient, daher geht bei Verdichten schonmal sehr vie Energie verloren.

Dazu kommt der enorme Platzbedarf für den Druckluftspeicher, der auch regelmässig geprüft werden muss. Dazu benötigst du einen Lufttrockner, da sich sonst Wasser sammelt.

Vom Wirkungsgrad wirst du also eher enttäuscht sein.

Dann doch lieber einen Wasserspeicher, musst also nur nach einem alten Wasserturm Aussschau halten. :grinning:

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Adiabatische Erwärmung. Durch die Kompressionsarbeit wird das Gas erhitzt. Der Speicher wird über die Zeit, selbst bei bester Isolierung, Wärme abführen. Verlust.

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@stromsparer99 Klar, mit handelsüblichen Kompressoren wäre der Wirkungsgrad zu gering. Man benötigt eine nahezu isothermische Kompression, bei der die Wärme so schnell abgeführt wird, dass sie nicht stört, und ähnlich bei der Dekompression / Rückgewinnung. Theoretisch sollte das möglich sein, und ich kenne eine Reihe von Projekten/Firmen, die daran arbeiten, aber das scheinen bisher eher Nischen-Aktivitäten zu sein. Und die Energiedichte ist natürlich auch geringer als bei chemischer Speicherung. Aber ich sehe keine prinzipiellen Hindernisse. Ich wohne in RLP und sehe in der Eifel/im Hunsrück immer ne Menge Windparks, bei denen sich ein paar Turbinen drehen (da Wind vorhanden), aber viele nicht, vermutlich mangels Bedarf oder Netzkapazität. Wenn es bei solchen Windparks ein paar große Tanks für Druckluft gäbe, könnte man die Energie deutlich besser nutzen und je nach Bedarf/Netzkapazität einspeisen.

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@texnik Die Lösung dafür kann eine nahezu isotherme (De)Kompression sein, bei der sich in unmittelbarer Nähe des Gases Vorrichtungen oder Stoffe (Kühlwasser o.ä.) befinden, die zu einem schnellen Wärmetausch führen.

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war da nicht mal was dass es irgendwo im nördlichen Teil Deutschlands einen großen Versuch gegeben hat?
Ist schon einige Jahre her, kann mich nur noch so in etwa an einen Bericht erinnern den ich mal gelesen habe.
Da wurde ein aufgelassenes Bergwerk (keine Ahnung was da abgebaut wurde) umgebaut zu einem Druckspeicher um Energie wie von dir beschrieben zu speichern.
Das gesamte Stollensystem war also der Druckspeicher.

Was ich mich erinnern kann war das Bergwerk aber eine spezielle Situation, weil normalerweise funktioniert sowas nicht da solche Stollen einfach nicht dicht sind. Das umgebende Material ist einfach nicht so dicht (d.h. Druck entweicht einfach durch das Erdreich/Gestein).
Aber an dem Stollen war eben besonders dass es in einer Gegend mit speziellem Untergrund gebaut war, da gab es viel weniger Druckverlust.
Ich kann mich aber nicht mehr erinnern was das genau für ein Material/Gestein in der Gegend war.

Aber ich fand den Ansatz eben interessant einfach ein ges. Stollensystem eines Bergwerks zu nehmen.
Weil ich glaube als Kurzzeitspeicher ist Druckluft aufgrund der Wandlungsverluste nicht zu gebrauchen.
Langzeitspeicher (wo die einmaligen Wandlungsverluste an Stellenwert verlieren) hingegen bräuchten riesige Druckspeicher.
Aber so ein alten Stollensystem bietet eben sehr viel Volumen, nur eben scheint das Problem zu sein das dies nicht Dicht genug ist.

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@ta-innok Ja, ich denke, das passt auf das Kraftwerk Huntorf. Dazu gibt es eine Beschreibung in der Wikipedia (ich bin hier neu und darf noch keinen direkten Link posten, aber es ist dort leicht zu finden). Leider ist es kein reines Speicherkraftwerk, sondern arbeitet als Hybrid-KW zusammen mit Gasturbinen, um Druckverlust und Vereisung der Turbinen bei der Expansion der Druckluft zu vermeiden. Passt also nicht so genau in eine CO2-neutrale Zukunft. Ein ähnliches Kraftwerk gibts auch in den USA (McIntosh) und in China wurde in letzter Zeit auch so eine Anlage gebaut. Witzigerweise hat man diese Technologie damals eingeführt, um damit klar zu kommen, dass sich KKWe nicht an schwankenden Bedarf anpassen können. Im Falle von Huntorf ist es kein aufgelassener Stollen, sondern ein Salzstock, der speziell zum Bau dieses Kraftwerks teilweise ausgewaschen wurde. Ich nehme deshalb an, dass es keine Probleme mit Leckagen gibt. Nordeutschland ist voller solcher Salzlager, d.h. wenn man ein besseres Rezept gegen thermodynamische Verluste hätte (und ich bin überzeugt, dass das ginge), könnte man viele solche Speicher bauen und das Abregeln von Windparks vermeiden.

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Wenn ich mich Recht erinnere, ist das Physik. Die man nicht umgehen kann.

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@carolus dem kann ich nur zustimmen. Sobald Gase verdichtet werden entsteht Wärme. Diese befindet sich auf der unterstersten Energiestufe von der es in die andere Richtung keinen Weg gibt ohne nochmal Energie rein zu stecken. Das aknn man machen wenn man soviel Energie hat das man nicht weiß wohin damit und sie auch nicht abstellen kann.

Die Themodynamik sagt ganz klar: Lass die Finger davon!

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So könnte es besser funktionieren. Luftverflüssigung.

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OK, ich kann mich an eine Diskussion erinnern, Wald man die CNG Autos einführen wollte. Auch da war eine Diskussion über Druckluftspeicher im Gange. 300 Liter bei 500 bar, im Pkw. Reichweiten noch deutlich unterhalb CNG. Und ehrlich gesagt, 500 bar will ich nicht im Auto haben. Die 300 von CNG im Kohlefasertank auch nicht.

Es kam ja auch erst hinterher raus, das alleine das komprimieren in den Tank 7 % der Energie benötigt, die im CNG selber steckt.... Also verloren ist. Da waren die Wirkungsgradvorteile von CNG schon dahin.

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@arc @carolus Natürlich kann man die Thermodynamik und Naturgesetze generell nicht umgehen, aber in diesem speziellen Fall gibt es Methoden, die Wärme/Kälte so zu managen, dass die Verluste beliebig klein werden. Als Gedankenexperiment kann man sich z.B. Kompression mittels einer Taucherglocke vorstellen, die in ein sehr tiefes Gewässer versenkt wird. Die Luft wird dabei etwas wärmer, aber die Wärme wird sofort an das umgebende Wasser abgegeben, so dass man nie gegen einen durch die Temperatur erhöhten Druck ankämpfen muss. Und auf dem Rückweg passiert das Gegenstück: die durch die Kompression erfolgte Abkühlung wird sofort durch Aufnahme von Umgebungswärme ausgeglichen. Je langsamer die Prozesse erfolgen, desto kleiner sind die Verluste. Ich behaupte nicht, dass die Verwendung von Taucherglocken praktikabel wäre (v.a. weil man zur Erreichung hoher Drücke ein extrem tiefes Gewässer bräuchte und weil es andere Verluste durch Strömungswiderstand usw. gibt), aber ich hoffe, die Idee wird dadurch etwas klarer.

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@roterfuchs Ja, das ist eine verwandte Idee. Allerdings gibt es Verluste bei der Lagerung, da ständig Wärme zufließt, die zum Verdampfen eines Teils der Ladung führt, womit eine saisonale Speicherung nur mit extrem guter Wärmeisolierung gehen würde. Druckluft braucht dagegen einen extrem beständigen Druckbehälter, der auch recht aufwendig ist, aber wenn man den mal hat, gibt's keine unerwünschte Entladung mehr.

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Ja, da stimme ich zu 100% zu, für mobile Anwendungen passt das nicht, auch wegen des Gewichts der Tanks, die man immer wieder beschleunigt und abbremst.

Aber für stationäre Anwendungen liegen die Dinge m.E. anders.

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da steckt zu viel kitchen logic dahinter.
zum einen musst die in vernünftigen Größen denken.

z.B wieviel Luft musst du auf welchen Druck verdichten um eine lohnenswerte Menge Energie zu speichern. Dabei entsteht nicht nur ein "bischen Wärme" das wären gigantische Mengen und die Thermodynamik sagt die dass die Geschwindigkeit der Verdichtung dabei unerheblich ist. Durch Verdichten erhöht sich die Anzahl der der Kollisionen der Moleküle (Braunsche Molekülbewegung) . Sie hängt der Temperatur und dem Druck ab. Durch das abführen der Wärme nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle so weit ab bis wieder ein Gleichgewicht besteht (P x T = const. !)
Diese Energie ist erst mal Verlust.

Wenn du die komprimierte Luft wieder entspannst sinkt die Temperatur noch weiter ab und die Gasmoleküle werden noch langsamer. (So funktionieren Kühlschrank und Klimaanlage)

Die energieaufnahme aus dem umgebenden Medium findet erst nach der Entspannung des Gases statt.
Dabei wir keine nutzbare Energie zurückgewonnen die vorher durch Kompressionswärme verloren gegangen ist.

Mit der Physik kann man leider nicht verhandeln :stuck_out_tongue_winking_eye:

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Die haben sowas mit Tanks in Israel gebaut.

https://youtu.be/W5VgW8vjDjs?si=qMjyFKe_PYtyxw4n

Wenn man nur abgerregelten Strom verwendet, ist der Wirkungsgrad zweitrangig solange die Anlage Gewinn erwirtschaften kann.

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Ich finde es legitim, mit einer Intuition zu starten, aber natürlich muss man dann Arbeit in eine saubere Analyse stecken, denn tatsächlich gilt[quote data-userid="1434" data-postid="218659"]Mit der Physik kann man leider nicht verhandeln :stuck_out_tongue_winking_eye: [/quote]

@brinki weist auf die israelische Firma aug-wind.com hin, die solche Systeme bereits baut. Ihre web-Präsenz erweckt auf mich den Eindruck, dass die wissen, was sie tun (man kann sich natürlich immer auch täuschen).

Ich sehe nicht, warum (De)Kompression und Wärmeaustausch nicht auch gleichzeitig stattfinden können. Vor allem, wenn bei der Kompression Wasser im Spiel ist, liegt es nahe, die in der zu komprimierenden Luft enthaltene Wärmeenergie teilweise auf das Wasser übergehen zu lassen, dann verteilt sich das und extreme Temperaturen werden vermieden.

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Das Thema ist imho das Hauptproblem.[quote data-userid="35673" data-postid="218543"]

Man benötigt eine nahezu isothermische Kompression, bei der die Wärme so schnell abgeführt wird, dass sie nicht stört, und ähnlich bei der Dekompression / Rückgewinnung.

[/quote]

Darin liegt das Problem.

Ich erinnere mich an ein Semester Thermodynamik und eines in Kraftfahrzeugwesen.

In Thermodynamik erfuhr ich vom maximal möglichen Wirkungsgrad eines Kompressor und Entspannung s Zyklus ( Verbrennungsmotor Dampfturbinen im Kreislauf) um aus Wärme Arbeit zu erzeugen.

60 %.

Das ist der theoretisch maximale Wirkungsgrad. Oder waren es 64?

Der alte Verbrenner vom Golf 1 hatte 34%, die Turbodiesel 42, der Jumo205 der ME179, WW2, in der Ausführung für Höhenjäger als Diesel mit Abgasturbolader hatte 46%. Nach meine Kenntnisse bis heute Rekord und nicht geknackt. Stationäre Großturbinen 52%, oder waren es 56%? Deswegen die grossen Kühltürme bei Kraftwerken, mehr als ein Drittel geht verloren.

Nun ist dein Konzept keines von Wärme nach Arbeit, sondern eines von Arbeit nach Arbeit, einmal rein, einmal raus.

Dabei hast du einmal Verluste in Arbeit nach Wärme, und einmal zurück. Für diese beiden hast du jeweils die Grenze 60. % Wirkungsgrad.

Jetzt ist spannend: wie hoch ist der Anteil Wärme? Das sind natürlich die 40 % Verluste. Das dann 2 Mal, und die Regel steht ungefähr:

Von den 40 % Verlusten beim ersten Mal bekommst du grob 1/3 zurück.

Würde heißen: Druckspeicher hat maximal (!) 70 % Wirkungsgrad.

Dazu zwei Dinge:

Erstens, alles aus dem Kopf nach fast 50 Jahren. Also besorg dir eine Vorlesung Thermodynamik I und mach dir selbst ein Bild, aber höre auf zu vermuten oder schönzureden.

Zweitens, mit 70 % wäre das noch schlechter als Power to Gas, wo man mit 80 % schon nicht zufrieden ist.

PS: was nicht heißt, das man das Thema nicht diskutieren darf. Aber wenn, dann eben wenigstens grundlegend realistisch.

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Ich habe dazu noch ein ganz unsicheres Gefühl, also unter Vorbehalt:

Die thermodynamische Grundaussage ( mit den 60 oder 64 % Wirkungsgrad) gilt für Ideale Gase ( nach Newton).

Ideale Gase werden beim entspannen garnicht kalt, mit denen kann man keinen Kühlschrank bauen.

Die Wärmemenge, über die du diskutiert , könnte also Zusätzliche Verluste darstellen, die beim entspannen bzw verdichten umgesetzt werden,, normalerweise verloren, in deinem vorgeschlagenen Fall ausgeglichen. Was aber, ich wiederhole nochmals, wenn ich mich nicht irre, an den von mir geben genannten Wirkungsgrad noch garnichts ändern würde.