Willis Eschenbach
Inspiriert durch einen interessanten Gastbeitrag auf dem ausgezeichneten Blog von Judith Curry mit dem Titel „An energy model for the future, from the 12th century” [etwa: Ein Energiemodell der Zukunft aus dem 12. Jahrhundert], möchte ich heute ein wenig über die Speicherung von Energie reden.
Bild rechts: Elemente einer Blei-Säure-Autobatterie. Quelle
Der Autor des Gastbeitrags hat teilweise recht. Seine These lautet, dass die Lösung des Problems, große Mengen Strom zu speichern, einen sehr großen Unterschied ausmachen würde, vor allem für unregelmäßige Quellen wie Wind und Sonne. Da hat er recht, das würde es. Aber er hat unrecht, wenn er nicht darauf hinweist, wie teuflisch schwierig es bislang war, dieses Ziel in der realen Welt zu erreichen.
Die Stromspeicherung ist eine sehr seltsame Ecke wissenschaftlicher Bestrebungen. Fast alles in einem Auto aus dem Jahr 2013 unterscheidet sich von einem Auto aus dem Jahr 1913 … außer der Batterie. Autobatterien sind immer noch Blei-Säure-Batterien, und deren Aussehen unterscheidet sich nur minimal von dem vor einhundert Jahren.
Nun, wir haben Nickel-Kadmium-Batterien und Ähnliches, aber die Autobatterie als Speicher ist der Leithammel für die billige Speicherung von Elektrizität. Autos brauchen eine überraschend große Menge Energie zum Start, vor allem, wenn der Motor nicht gleich anspringt. Falls es einen billigeren Weg gäbe, diese große Menge zu speichern, wäre dies längst in jedes Auto des Planeten eingebaut. Angesichts dieses riesigen Marktes und der offensichtlichen Profite darin haben sich viele Menschen den Kopf über dieses Problem zerbrochen, seit Thomas Edison sein berühmtes Statement über Autobatterien abgegeben hat.
Und trotz dieser ein Jahrhundert langen gewaltigen Denkleistung menschlichen Erfindergeistes regieren die Blei-Säure-Batterien im Jahr 2013 immer noch. Es ist eine Anomalie, wie die Kernfusion, die sich als unglaublich schwierig zu lösen heraus gestellt hat. Potentielle Lösungen sind auf diesem Weg alle herausgefallen, durch hohe Kosten oder Kapazität oder Energiedichte oder gefährliche Komponenten oder langzeitliche Stabilität oder Verstopfung von Filtern oder der Seltenheit einiger Materialien oder die Gefahr einer Explosion oder Schwierigkeiten bei der Herstellung – die Anzahl der Fallgruben ist Legion.
Folglich werde ich begeistert sein, wenn wir irgendetwas anderes außer einer Blei-Säure-Batterie in unseren Autos hätten. Weil das nämlich der Beweis wäre, dass wir den ersten Schritt gemacht hätten … aber nicht einmal das würde ausreichen. Das andere Problem ist die gewaltige Energiemenge, um die es hier geht. Hier sind einige Zahlen:
Der mittlere Leistungsverbrauch von New York City bewegt sich im Mittel über 24 Stunden 7 Tage die Woche und 365 Tage im Jahr in einer Größenordnung von 5 Gigawatt (5 x 10^9 Watt) ununterbrochen. Nehmen wir eine Stadt, die nur ein Zehntel so groß ist. Davon gibt es viele auf dem Planeten, allein in China Dutzende und Dutzende Städte dieser Größe. Dann wollen wir uns überlegen, wie viel Speicherplatz wir benötigen, um gespeicherte Energie drei Tage lang für diese Stadt zur Verfügung zu stellen. Die Zahlen sehen so aus:
5 x 10^8 Watt dauerhaft für 72 Stunden bereitgestellt entsprechen:
3.6 x10^10 Watt-Stunden Speicher geteilt durch
3.6 x 10^3 Sekunden/Stunde ergibt
1.3 x10^14 Joule Speicherbedarf
Das bedeutet also, dass wir 130 Terajoule (130 X 10^12 Joules) Energie speichern müssen … das einzige Problem dabei ist, dass sich nur sehr wenige Menschen intuitiv vorstellen können, wie viel Energie 130 Terajoule ist, und ich gehöre definitiv nicht dazu.
Lassen Sie mich also eine andere Energie-Einheit benutzen, eine, die für mich anschaulicher ist. Diese Einheit ist die „Energiemenge der Atombombe von Hiroshima“. Die erste jemals in einem Krieg gezündete Bombe setzte die furchtbare Energie von 60 Terajoule frei, genug, um eine Stadt dem Erdboden gleichzumachen.
Und wir schauen hier darauf, zweimal so viel Energie zu speichern…
Ich bin sicher, dass die Probleme hinsichtlich Skalierbarkeit und Sicherheit und Energiedichte und Verfügbarkeit und Garantie für diese riesige Menge Energie klar zutage treten.
Darum mag ich den Beitrag des Gastautors so, und er hat recht hinsichtlich der Speicherung einer Menge für eine Stadt … es ist ein böses Problem.
Letztendlich hat Judith wie üblich einen interessanten Beitrag auf ihrem interessanten Blog gepostet. Ich schaue nicht auf sehr viele Blogs, aber ihrer hat auf meiner Liste einen Spitzenplatz inne. Mein Dank für ihren Beitrag zur laufenden Diskussion.
Willis Eschenbach
P. S. – Edisons berühmtes Statement über Autobatterien? Ihm wurde viel Geld angeboten in jenen Tagen, um eine bessere Batterie für Elektroautos zu konstruieren und zu bauen als die Blei-Säure-Batterie. Er nahm das Geld und verschwand in seinem Labor. Monat für Monat hörte man nichts von ihm. Also haben ihn die Geschäftsleute, die ihm das Geld gegeben hatten, erneut besucht. Er sagte, er habe die Batterie nicht, und im Grunde hatte er nicht einmal die Form der Batterie.
Natürlich haben sie ihn angeklagt, das Geld einfach genommen und nichts dafür getan zu haben. Nein, versicherte er ihnen, das stimmt überhaupt nicht.
Er sagte, dass er tatsächlich große Fortschritte gemacht habe, weil er jetzt mindestens fünfzig Wege kennt, wie man eine Batterie für ein Elektroauto NICHT baut…
Kurioserweise erfand Edison am Ende eine Nickel-Eisen-Peroxid-Batterie, die jedoch ein kommerzieller Fehlschlag war … also kam nicht einmal er über Blei-Säure hinaus.
Genauso kennen wir Hunderte und Aberhunderte Wege, wie man eine Batterie für eine Stadt nicht baut. Also nehme ich an, dass dies im Sinne Edisons ein Fortschritt ist, aber nach einem Jahrhundert wird die Wartezeit doch allmählich lang. Ich habe den Verdacht, dass wir das Puzzle vielleicht lösen, vielleicht mit so etwas wie einer vanadium flow battery oder was auch immer, aber … es ist ein langwieriges Puzzle.
Link: http://wattsupwiththat.com/2013/06/29/getting-energy-from-the-energy-store/
Übersetzt von Chris Frey EIKE
25: Peter Jensen sagt:
„Da steht ja auch wieder so allerlei Vermischtes und Verwechseltes drin.“
„Denn die können ja nach wie vor die chinesischen PV-Zellen auf ihre Platten schrauben.“
Lieber Herr Jensen,
Ihre BWL-Vorlesung hatte ich glatt übersehen.
Man schraubt keine PV-Zellen auf die Platten. Auch wenn Ihr „schrauben“ nur symbolisch gemeint war.
Sie sind immer noch beim automatisierten Einzelblattdruck als Fortsetzung von Gutenbergs Presse. Eine Zeitung wird endlos von der Rolle gedruckt.
Wenn die Träger- und Installationselemente bereits 0,1€ für eine kWh verschlingen, dann tut sich das System schwer, sich am Markt zu behaupten. Ein kleines Unternehmen kann nicht gross automatisieren – wegen zu wenig Know How, keinem geeigneten Managementsystem und zu wenig Kapital.
Sie argumentieren wie ein englischer Gewerkschafter aus der Zeit vor Thatcher. Da war Beschäftigung ein Thema. Da hat man eine Zeitungsdruckmaschine, die in anderen Ländern mit etwa 6 Bedienern auskam mit 25 Beschäftigten betrieben und auf einem Tanker statt der 24 Mann Besatzung, 150 Schiffsbeschäftigte mitfahren lassen. Das ist nach Ihren Ausführungen die Garantie für Wohlstand.
„Denn grundsätzlich gilt: viele Anbieter ==> niedrige Preise. Wenig Anbieter ==> hohe Preise.“
Dem steht jedoch gegenüber:
Denn grundsätzlich gilt: viele Anbieter ==>. niedrige Stückzahlen. Niedrige Stückzahlen ==> hohe Preise.
Es gibt für jedes Produkt unterschiedliche Märkte auf denen der Wettbewerb stattfindet.
Sie behaupten nichts anderes, dass die Scheffel billig werden, weil 100000 Scheffler Scheffel produzieren. Das gilt so lange, bis einer die Scheffel auf einer grossen Maschine tiefzieht oder spritzt. Dann sind bald fast alle Scheffler ohne Aufträge.
Dazu muss der Markt ausreichend gross sein. Wenn er das ist, und sich der Technologiesprung zu einem neuen Prozess lohnt – und das tut er fast immer, weil weniger Werkstoffe und weniger Arbeitseinsatz erforderlich sein wird.
Als BWLer wissen Sie, dass für jedes Produkt aus den Randbedingungen eine optimale Produktionsmenge existiert. So baut man Fahrzeuge auch an verschiedenen Standorten mit standortoptimierten Stückzahlen. Das Unternehmen benötigt am Produktionsort Arbeitskräfte, Verkehrsanbindung, passendes Gelände, geeignetes Klima und eine kommerzielle Infrastruktur.
Als BWLer kennen Sie auch die verschiedenen Märkte und die Markthierarchien. Jeder PKW- Typ muss sich in seiner Klasse gegenüber dem Wettbewerb behaupten. Das betrifft nicht nur ein –irrationales– Produkt aus Zylinderzahl, Ventilzahl und Hubraum, sondern auch aus Historie, Sozialprestige und Marktanteil. Zusätzlich PKWs müssen sich auch auf dem allgemeinen Mobilitätsmarkt gegen öffentliche Verkehrsmittel durchsetzen. Weiterer –irrationaler– Wettbewerb findet z.B. zwischen Nobeluhrenhersteller und PKW Hersteller statt. Ein BMW oder eine Rolex ist manchmal zu entscheiden. Auch die Steuergesetzgebung ist zu beachten. Hier finanziert jeder Bürger Luxusfahrzeuge mit.
Bei der Photovoltaik gibt es diese Markthierarchien auch. Nur ist es hier etwas klarer als beim PKW. So konkurrieren die Unternehmen untereinander – mit unterschiedlichen Systemen und Ausführungen.
Es konkurriert die Photovoltaik mit Windstrom, Wasserstrom, Ölstrom, Gasstrom, Kohlestrom, Atomstrom usw.
Dann gelten auch an diesem Markt Tradition, Sozialprestige, Technikakzeptanz und politische Ausrichtung. Ein richtiger EIKE wird nie zugeben, Photovoltaik zu haben. Fraktionszwang?!
Die Photovoltaik wird in Zukunft eine ganz wesentlich Rolle dabei spielen. Die Gründe wurden schon genannt: keine beweglichen Teile. Gleiche Effizienz ist in nahezu jeder Skalierungsgrösse. Die Komplexität einer Anlage sinkt mit deren Grösse! Das sind Alleinstellungsmerkmale! Ideal für Jedermann. Eine Marktsättigung liegt in weiter Ferne. Produktionszahlen je Unternehmen sind derzeit gering. Das Optimierungspotenzial ist noch riesig.
Eben eine sehr junge Technologie, die getreu des Mooreschen Gesetzes seit etwa der Jahrtausendwende möglich geworden ist.
Und wenn die kWh aus der Photovoltaik einmal 0,01 € kostet, dann werden sich alle anderen Technologien schwer tun.
Meine Behauptung aus #18 wiederhole ich gerne, dass der gesamte Weltbedarf derzeit in einem einzigen Werk hergestellt werden könnte. Das hat aber nichts damit zu tun, dass man das schon aus logistischen Gründen nicht tun wird. Warum sollte man Eisen, Plastik und andere triviale Werkstoffe endlos durch die Gegend karren.
Machen Sie doch mal eine Patentrecherche bezüglich Montageelemente, -Module und –Systeme. Und sagen Sie jetzt (als BWLer) nicht, dass ein Patent ja mit Technik zu tun hat und nicht mit BWL.
Gruss
Paul Gogo
p.s. wünsche Ihnen sonnige Zeiten
#26: K. Allmendinger sagt:
@ #18 Paul Gogo
„Herr Gogo, so wie viele „Elektronik-Laien“, denken Sie dass Moore’s Law auf alle elektronischen Geraete oder andere Technologien anwendbar waere. „
Herr Allmendinger, so wie viele „Elektronik-Laien“, denken Sie, dass Moore’s Law nur auf den Bedarf von Siliziumfläche für eine gegebene elektronische Schaltung bezogen werden kann. Im Gegenteil, es ist auf (fast) alle elektronischen Geraete anwendbar und hat auch signifikante Auswirkungen auf andere Technologiefelder wie Maschinenbau, Luftfahrt, Bauwesen. Ehrlich gesagt, fällt mir überhaupt nichts ein, was nicht signifikant beeinflusst wird. Selbst ein Sniper schiesst auf 3km Entfernung einer Stechmücke den Stachel weg, mit mechatronischer Munition.
Wenn man in einem produzierenden Unternehmen arbeitet, dann sieht man die Auswirkungen des Moore’s Law täglich. Das beginnt mit der Einfahrt in das Parkhaus und mit der Triggerung der Zeiterfassung.
Gerade weil Sie einen DC/AC Converter ansprechen – fast ein Paradebeispiel für das Mooresche Gesetz. Das Gerät muss entwickelt werden!
Richtig führen Sie aus, dass die (Produktions-) Kosten hauptsächlich Material- und Energiekosten sind. Das ist der Fall, weil die Elektronik, die Signalkonditionierung, die AD-Wandlung, die genaue Zeit und den µP auf kleinsten Raum (wenig Silizium) darstellen kann. Vor 20 Jahren hatte die Elektronik noch einen erheblichen Anteil an den Kosten oder war gar nicht möglich.
In der Vor-µP Zeit hat man Bauelemente auf Lötleisten montiert. Etwas später kamen Leiterplatten auf, per Hand entflechtet und geklebt. Dann wurde, wie Sie richtig erkannt haben die Informationstechnik dank Moore’s Law immer mächtiger und CAD war möglich geworden, damit auch Entflechtungsprogramme und damit eine Automatisierung zwischen Schaltungsentwurf und Layout.
CAD hat auch den Schaltungsentwurf optimiert, was eine erhebliche Verkürzung der Entwicklungszeit durch Fehlerfreiheit, Minimisierung, Verringerung der Anzahl der Bauteile u.s.w ermöglicht.
Vom Thema SIL (safety integrity level) ganz zu schweigen.
Der DC/AC Converter benötigt grundsätzlich eine Entwärmung.. Ein –Ansys– FEM Programm für thermische Analysen hatte in den frühen 90ern noch die Rechenleistung einer VAX erfordert. Nicht unter 150000DM! Ein PC hatte für einen Durchlauf 2 Wochen benötigt. Heute gibt es vergleichbares im Internet oder als Freeware und es genügt ein PC – dank ML.
Selbstverständlich nur in Verbindung mit entsprechenden Programmen, die aber entwickelt wurden, weil diese auf der Massenware PC lauffähig sind.
Das Ergebnis kann sein: geringerer Materialbedarf, geringerer Bearbeitungsaufwand, geringerer Platzbedarf, weniger Verlustleistung. Dank Moore’s Law wird z.B. ein elektromotorischer Lüfter überflüssig und statt eines riesigen Kühlkörpers genügt eine kleiner Kühlkörper, dank pCAD und pFEM wird dieser statt zerspanend jetzt werkzeuggebunden dargestellt. Durch rechnergestütztes JIT (just in time) wird der Gebäudebedarf für das Lager kleiner und die Kapitalbindung geringer.
Sie sagen aber:
„Dieses Gesetz hat absolut nichts mit den Kosten eines Solarmoduls oder eines DC-AC Wandlers oder anderer Leistungselektronik oder anderer Technologien zu tun.“
Die Material und Energie (und die direkten Lohnkosten) hängen mehr oder weniger von der Informationstechnologie ab. Nicht klar ist, was Sie meinen mit: „Steigen bei erhöhtem Bedarf“.
„Sie fallen auch auf die Werbung und Marketing der Solar-Industrie herein. Die angegebenen Kosten in Euro/Watt beziehen sich auf die Zelle selbst. Diese Kosten sind nur ein Bruchteil der Kosten eines Solarpanels.“
Es sind keine Preise für das Photovoltaik Element, sonder für einbaufertige Panels und dort machen die Photovoltaik Elemente nur einen Bruchteil der Panelkosten aus.
Gerade deshalb kann die Photovoltaik optimistisch in die Zukunft blicken, weil die Montageplatten, Rahmen, Abdeckgläser, elektrische Anschlüsse, DC/AC oder DC/DC Converter noch nicht optimiert sind.
Schauen Sie sich die Panels an. Handwerklich gefertigt.
„Ausserdem sind diese Kosten fuer eine Solareinstrahlung von 1000W/m^2 angegeben.“
Das ist eine getroffene Vereinbarung. Ich stimme Ihnen zu, dass das oft nur eine Hausnummer ist. (Ein Kennlinienfeld würde zeigen, dass das Panel 4000 h im Jahr Energie liefert). Beim Automobil wurde auch die Nennleistung als eine Bezugsgrösse vereinbart. Oder glauben Sie, wenn sie Vollgas geben, dass dann die Nennleistung zur Verfügung steht?
Es wird trotzdem die billigste elektrische kWh aus der Photovoltaik kommen. Sie haben es ja selbst begründet. Und vergessen Sie nicht, die Sonnenenergie kostet nichts.
„Wegen der Kostenbarriere der Brennstoffzellen (Materialkosten), fuer die es bis jetzt keine Loesung gibt, haben die meisten Autohersteller weltweit die Forschung und Entwicklung von BZ-Fahrzeugen auch inzwischen stark zurueckgeschraubt oder aufgegeben.“
Die aktuellen Informationen aus den Wirtschaftteilen der Zeitungen und aus der Fachpresse sagen da etwas ganz anderes. Es gab noch nie so viele Aktivitäten, Kooperationen auf dem Feld der Brennstoffzelle wie derzeit. Und mit der Kostenbarriere vergleichen Sie Kleinststückzahlen mit einer eingelaufenen Grossserie.
Gruss
Paul Gogo
p.s. es ist die 4. industrielle Revolution.
@ #18 Paul Gogo
Herr Gogo, so wie viele „Elektronik-Laien“, denken Sie dass Moore’s Law auf alle elektronischen Geraete oder andere Technologien anwendbar waere.
Moore’s Law sagt nichts anderes als dass die Anzahl von Transistoren die auf einem cm^2 Silikon unterbringbar sind, sich alle 1-1/2 bis 2 Jahre verdoppelt. Die Anzahl von unterbringbaren Transistoren bestimmt die Prozessorleistung oder die Speicherkapazitaet eines integrierten Schaltkreises. Z.B die Leistung eines Microprocessors oder Kapaziaet einen Memory chips. Das fuehrte zu der starken Kostenreduktion in der Informationstechnologie und da, wo diese Informationstechnologie einen signifikanten Anteil der Produktkosten ausmacht.
Dieses Gesetz hat absolut nichts mit den Kosten eines Solarmoduls oder eines DC-AC Wandlers oder anderer Leistungselektronik oder anderer Technologien zu tun. Bei denen sind meist die Kosten haupsaechlich durch die Materialkosten und Energiekosten bei der Herstellung bestimmt (Vollautomatisierung der Herstellung vorausgesetzt), und die steigen bei erhoehtem Bedarf und mit den Energiekosten.
Ein Einfluss ist natuerlich die Produktionsstueckzahl. Aber egal wie hoch die Produktion steigt, die Kosten koennen nicht unter die steigenden Materialkosten fallen.
Sie fallen auch auf die Werbung und Marketing der Solar-Industrie herein. Die angegebenen Kosten in Euro/Watt beziehen sich auf die Zelle selbst. Diese Kosten sind nur ein Bruchteil der Kosten eines Solarpanels. Die Materialkosten fuer das Abdeckglass, Rahmen, Verdindungsleitungen fallen nicht, sonder steigen eher (Energie und Materialkosten).
Ausserdem sind diese Kosten fuer eine Solareinstrahlung von 1000W/m^2 angegeben. In Deutschland ist die jahresdurchschnittliche Einstrahlung etwa 125W/m^2, und selbst in der Sahara sind’s nur 250 W/m^2. Damit muessten die Kosten pro Watt in Deutschland eigentlich 8 mal hoeher und in der Sahara 4 mal hoeher angesetzt werden.
In Bezug auf Brennstoffzellen:
Die Effektivitaet einer PEM-Platinum Brennstoffzelle ist etwa 50-60%. Die effektivsten und dauerhaftesten Brennstoffzellen, die bei Arbeitstemperaturen unter 100C arbeiten, verwenden Platin-Elektroden.
Die Zimmertemperatur-Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff wird nach der bekannten Literatur mit einer Effektivitaet von 50-80% angegeben.
Damit ist der Gesamtwirkungsgrad von elektrischer Energie zu elektrischer Energie ueber Wasserstoff-Elektrolyse und Brennstoffzellen etwa 25-48%. Also vergleichbar mit einem modernen Dieselmotor. Dabei ist die Energiebedarf fuer die Kompression oder Verfluessigung des Wasserstoffs zur Speicherung nicht eingerechnet.
Wuerde mann nur die Autos Deutschlands auf BZ-Betrieb umstellen, wuerde der Weltvorrat an Platin von bekannten und vermuteten Vorkommen schon allein dadurch aufgebraucht.
Wegen der Kostenbarriere der Brennstoffzellen (Materialkosten), fuer die es bis jetzt keine Loesung gibt, haben die meisten Autohersteller weltweit die Forschung und Entwicklung von BZ-Fahrzeugen auch inzwischen stark zurueckgeschraubt oder aufgegeben.
Ach, Herr Gogo, jetzt stelle ich fest, dass wohl der Absatz nach der Aufforderung an mich auch noch für mich gedacht war. Ist etwas missverständlich formuliert.
Da steht ja auch wieder so allerlei Vermischtes und Verwechseltes drin. Sie sind eben kein BWLer oder VWLer, stimmt’s?
Also, dann hören sie mal zu, es ist eigentlich ganz einfach:
Der Markt wird gerade von billigen PV-Zellen aus China überschwemmt. Darunter leiden die deutschen PV-Zellen-Hersteller. Deswegen gehen sie pleite. Die Hersteller der Montageplatten sind ja nicht pleite. Denn die können ja nach wie vor die chinesischen PV-Zellen auf ihre Platten schrauben.
Diese kleinen Hersteller leben ganz hervorragend vom permanenten Zubau von PV-Anlagen in Deutschland. Da werden wahrscheinlich sogar ein paar Arbeitsplätze geschaffen. Fragt sich nur, wie lange und um welchen Preis. Denn auch diese Arbeitsplätze sind abhängig von staatlicher Preisgarantie für EEG-Strom. Und von der Laune der Natur natürlich.
Wenn sie nun aber von Automatisierung reden, meinen sie wahrscheinlich Kostensenkung durch technischen Fortschritt. Das hat aber nichts mit einer Marktbereinigung zu tun. Marktbereinigung bedeutet, dass zu viele Marktteilnehmer ein Produkt herstellen und sich bei den Preisen unterbieten. Angebot ist dabei größer als die Nachfrage. Deswegen werden die deutschen PV-Hersteller ihre PV-Zellen nicht mehr los. Also haben wir mit unserer EEG-Umlage eigentlich die Arbeitsplätze in China bezahlt und gleichzeitig unsere Solarfirmen in die Pleite getrieben, mal von unternehmerischen Fehlern aufgrund von Größenwahn und Ideologisierung bei diesen „Unternehmern“ abgesehen. Und dann muss der Markt auf ein Maß bereinigt werden, wo Angebot und Nachfrage wieder auf einem Level zusammenkommen, auf dem alle davon leben können. Denn grundsätzlich gilt: viele Anbieter ==> niedrige Preise. Wenig Anbieter ==> hohe Preise. Das letzte kennt man auch unter dem Begriff Monopol. Ein Monopol ist gekennzeichnet durch hohe Preise, weil wenig Anbieter sich untereinander Konkurrenz machen.
Wie falsch ihr marktwirschaftliches Verständnis ist, bezeugt ihr Satz aus #18:
„Der gesamte Weltbedarf könnte in einem einzigen Unternehmen produziert werden – einen vernünftigen Automatisierungsgrad vorausgesetzt.“
Das eht natürlich theoretisch, hat aber mit Marktwirtschaft nichts zu tun. Wenn das passiert, dass nur ein einziges Unternehmen etwas herstellt, dann haben wir die höchsten Preise, völlig unabhängig vom Automatisierungsgrad dieses einzigen Unternehmens. Und sie meinen aber, dass mit nur einem einzigen Unternehmen alles billiger werden würde. Die Herstellung vielleicht, aber nicht der Preis. Das funktioniert dann wiederum in einer Planwirtschaft, wo der Staat die Preise festsetzt. Wie zB in der DDR, wo ein oder zwei Kombinate zuständig waren für die Herstellung eines Konsumgüterproduktes und der Preis staatlich festgelegt war. In der Marktwirtschaft funktioniert das nicht. Das eine monopolistische Unternehmen würde seine marktbeherrschende Stellung ausnutzen und es würde sich der für das Unternehmen höchstmögliche erzielbare Preis am Markt einpendeln. Allerdings ist in der modernen Marktwirtschaft ein solches Monopol nicht denkbar, und zwar wegen des Bestehens von Kartellgesetzen und Kartellbehörden. Dem steht nicht entgegen, dass Unternehmen immer wieder tlws. versuchen, Kartelle zu bilden. Aber darüber wachen mehr oder weniger erfolgreich die Kartellbehörden.
Also das müssten sie jetzt eigentlich alles verstanden haben. Wenn sie dann noch auf die richtigen Formulierungen achten (technischer Fortschritt ist keine Marktbereinigung), dann verstehen auch alle, was gemeint ist.
Herr Gogo sagt:
„Lieber Herr Jensen,
dann versuchen Sie mal….ich bin ganz ohr.“
Was soll ich denn versuchen?
#22 Wolfgang Rasim
Hallo Herr Rasim,
erst einmal vielen Dank für ihre Antwort.
Damit hat sich die Methanisierung erledigt. Die direkte Verwendung des Wasserstoffs (z.B. durch Betrieb von Brennstoffenzellenfahrzeugen)wäre damit jedoch noch eine halbwegs gangbarer Weg.
Wäre ich nun der Gesetzgeber, würde ich für sämtliche neu zu genehmigende Windkraftanlagen die garantierten Einspeisevergütungen drastisch kürzen. Im Gegenzug würde ich den Betreiebrn der Windkraftanlagen einfach nur empfehlen doch Wasserstoffelektrolyse zu betreiben – jedoch nicht mit garantierten Abnahmepreisen, sondern ausschließlich nach dem Prinzip des freien Marktes.
Obwohl ich die Subventionen für Windräder gern auf Null bringen würde kann es natürlich aus rechtstaatlichen und Vertrauenschutzgründen kein Zurück bei bestehenden Anlagen geben.
mfG
Dirk Weißenborn
#19 Herr Dirk Weißenborn und
# 18 Herr Paul Gogo
Zu: „Meinen Sie im Zusamenhang dieser Zahlenangaben mit „Gas“ direkt elektrolytisch hergestellten Wasserstoff oder anschließend wieder „carbonisierten“ Wasserstoff, also Methan?“
Antwort:
Meines Wissens ergibt sich bei der Elektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff ein eta von ca. 70 %, danach mit dem Sabatier (?)- Prozess mit: H2 + CO2 = CH4 (Methan) eta (?) und der Wiederverstromung in z. B. Brennstoffzellen mit eta von ca. 40 % der lächerlich geringe Gesamt- Wirkungsgrad eta von ca. 25 %, die Transport und Speicherverluste nicht eingerechnet. Also eine Energie- und Kapitalvernichtung, wie die Energiewende in D von vielen Persönlichkeiten insgesamt genannt wird.
Herr Gogo
hätte mit den genannten Vorteilen der Awendung der Photovoltaik (PV) recht, wenn wir uns in einer Wüste oder Steppe befänden, wo es kein Elt- Netz gibt und man sich mit dem PV- Strom Wasser aus der Tiefe fördern und in Behältern für sonnenarme Zeiten speichern könnte.
Wir wohnen aber nicht in der Wüste, haben ein Elt- Netz und Sonnen- Volllaststunden von leider nur lächerlichen 900 Std./a.
Die Bemerkungen:
„Alleinstellungsmerkmal aufweist ist im Bereich der Skaliermöglichkeiten …..
..perfekte Integration in das Energienetz“
ist regelrechter energietechnischer und ökonomischer Schwachsinn. Dass die PV in D das uninnigste und teuerste Förderprojekt ohne ökol. Nutzen und mit riesigem ökon. Verlusten ist, von einem Spiegel- Chefredakteur z. B. als „solar existierender Sozialismus“ bezeichnt wurde, ist doch bekannt.
m. f. G.
Wolfgang Rasim
#20: Peter Jensen zitiert:
„Es dürfte klar sein, dass eine Marktbereinigung stattfinden muss. Wenn 100 Unternehmen ähnliche Produkte herstellen, bleibt die Automatisierung und Optimierung auf der Strecke und damit der Preis hoch.“
und sagt:
„Herr Gogo, die Solarfirmen gehen also pleite, weil die Preise für PV-Zellen zu hoch sind? So so…“
Lieber Herr Jensen,
dann versuchen Sie mal….ich bin ganz ohr.
Und das betrifft nicht nur die Energiewandlerzellen. Jedes Panel benötigt eine Montageplatte, ein Chassis. Die Panels müssen irgendwo befestigt und elektrisch angeschlossen werden. Ich habe sie nicht gezählt, die vielen unterschiedlichen Panelabmessungen, Anschlusssysteme, Chassiskonstruktionen und Befestigungssysteme am Markt. Dann kommen noch die Leistungskonditioniergeräte hinzu, die unterschiedlichen Verschaltungen. Und dann die verschiedenen Photovoltaikelemente mit ihren verschiedenen Herstellungsprozessen.
Das ist handwerklich dargestellte Kleinserie, ganz am Rande von dem was man Automation nennt. Da teilt sich der derzeit noch kleine Markt auf vielleicht 500, 1000 oder noch mehr Unternehmen auf. Gutenberg gegen eine Zeitungs-Rotationsdruckmaschine.
Sie schreiben nichts anderes, als dass ein hoher Verkaufspreis aufgrund hoher Produktionskosten gleichbedeutend mit hohem Gewinn ist.
Das Wort BWL sollten Sie sparsam verwenden. Und BWL im Zusammenhang mit VWL halte ich ab jetzt aus Ihrer Feder für geradezu gefährlich.
Schauen Sie sich mal in Industriezweigen um, die alle diese Phasen schon hinter sich gebracht haben. Automobil, Elektronikproduktion, Druckmaschinen,…… Einige Firmen bieten Führungen an!
Das Potenzial für viele 100 Mio qm Photovoltaik allein in Deutschland würde schon eine relativ ausgefeilte Produktionstechnik ermöglichen. Und wenn 1Wpeak installierte Leistung unter 0,1€ sinkt, dann wird es schwierig die kWh auf andere Art und Weise billiger darzustellen.
Gruss
Paul Gogo
p.s. schön, dass Ihnen der Rest meiner Ausführungen zusagt.
Offensichtlich hat Herr Hader einen Co-Autor für sein alternatives BWL- und VWL-Buch gefunden. Herr Gogo schreibt nämlich in #18:
„Es dürfte klar sein, dass eine Marktbereinigung stattfinden muss. Wenn 100 Unternehmen ähnliche Produkte herstellen, bleibt die Automatisierung und Optimierung auf der Strecke und damit der Preis hoch.“
Herr Gogo, die Solarfirmen gehen also pleite, weil die Preise für PV-Zellen zu hoch sind? So so…
#17 Wolfgang Rasim
Hallo Herr Rasim,
Sie schrieben:
„Ein Eta von 30 bis 70 % beträfe nur „power to gas“, sollte jedoch daraus wieder Strom werden, kommen insgesamt lächerliche 35 % heraus (Dt. Phys. Ges. DPG in einer Studie vom Juni 2010), andere Fachleute nennen 25 %, also energetisch uninteressant und sinnlos.“
Eine frage zu meinem Verständnis:
Meinen Sie im Zusamenhang dieser Zahlenangaben mit „Gas“ direkt elektrolytisch hergestellten Wasserstoff oder anschließend wieder „carbonisierten“ Wasserstoff, also Methan?
mit freundlichem Gruß
Dirk Weißenborn
#15: Martin Landvoigt sagt:
„Wenn es um Energiespeicherung im großen Stil geht, muss man sich nicht an Autobatterien abarbeiten.“
Wie wahr, man schreibt halt über Autobatterien, weil man glaubt darüber etwas zu wissen.
Mich wundert allerdings, dass man kein Notebookbatterien heranzieht, oder die vom Mobiltelefon oder Energiespeicher von Armbanduhren. Die Zahlen und die Kosten wären noch viel höher und das ist ja das Ziel des präsentierten Akkumulatoren Halbwissens. Letzteres gilt vor allem für den Leitartikel.
Allerdings kann ich nicht erkennen, was die Einspeisevergütung, mit den Produktionskosten von Strom aus Kohle zu tun haben sollen.
Die Photovoltaik ist die eleganteste verfügbare Art elektrische Energie zu generieren, obwohl die technische Entwicklung gerade erst angefangen hat.
Die Effizienz in der Herstellung hat längst noch nicht das Optimum erreicht.
Es dürfte klar sein, dass eine Marktbereinigung stattfinden muss. Wenn 100 Unternehmen ähnliche Produkte herstellen, bleibt die Automatisierung und Optimierung auf der Strecke und damit der Preis hoch. Wir wollen doch mit möglichst wenig Arbeitseinsatz auskommen.
Der gesamte Weltbedarf könnte in einem einzigen Unternehmen produziert werden – einen vernünftigen Automatisierungsgrad vorausgesetzt.
Die Vorteile der Photovoltaik sind bestechend:
Keine beweglichen Teile, kaum zusätzlicher Bauaufwand, perfekte Integration in das Energienetz, Wartungsfreiheit, Langlebigkeit. Die Kosten für 1kWh werden in den kommenden 2 Jahrzehnten sicherlich die genannten 0,03€/kWh unterschreiten.
Wo die Photovoltaik ein Alleinstellungsmerkmal aufweist ist im Bereich der Skaliermöglichkeiten im Leistungsbereich. Wärmeerzeuger oder Wärmekraftmachinen sind zwar in einem weiten Leistungsbereich möglich, die Verkleinerung, heute downsizing genannt, wirft enorme Probleme auf. So wird der Steuer und Regelaufwand unverhältnismässig gross und die Verluste riesig. Für die Entwicklung eines neuen Verbrennungsmotores für einen PKW mag die Milliarde € noch tragbar sein. Für einen BHKW Motor mit dem unendlich langsamen Ramp up ist das zuviel, obwohl dieser vermutlich noch mehr Entwicklungsarbeit erfordern würde schon im Hinblick auf die über 200000h Lebensdauer, die es schon sein sollten.
Bei der Photovoltaik ist das Gegenteil der Fall. Kleine Leistungen bis etwa 1kW erfordern heute ein Energiemanagementgerät, das schon für ein paar Hundert € zu haben ist, obwohl die Stückzahlen je Hersteller sehr gering sind. Werden die Leistungen noch kleiner, dann liegen die Preise für ein Energiemanagementgerät im Kostenbereich eines Computernetzteiles, also deutlich unter 100€. Auch hier folgt die Kostenentwicklung dem Mooreschen Gesetz.
In Deutschland stehen noch etwa 30 Millionen Dächer zur Verfügung!
Parallel dazu nimmt das elektrisch angetriebene Auto langsam an Fahrt auf. Die Serienentwicklungen werden vorbereitet, wie die zahlreichen vereinbarten Kooperationen zeigen. Eine Wasserstoff gespeiste Brennstoffzelle ist die ideale Ergänzung dazu.
Gruss
Paul Gogo
#15
Hallo Herr Landvoigt,
Ihre Aussagen zur Elt- Speicherung sind prinzipiell richtig, jedoch leider nicht die genannten Zahlen.
(Der Ringwallspeicher ist doch ein künstliches Pumpspeicherkraftwerk PSKW, wie ich es aus einer TV- Sendung entnahm?)
Ein Eta von 30 bis 70 % beträfe nur „power to gas“, sollte jedoch daraus wieder Strom werden, kommen insgesamt lächerliche 35 % heraus (Dt. Phys. Ges. DPG in einer Studie vom Juni 2010), andere Fachleute nennen 25 %, also energetisch uninteressant und sinnlos.
EEG- Vergütung lag 2012 weit unter 35 ct!
Mit Ihrer Angabe zum Kohlestrom von 3 ct kriegen Sie Ärger mit den Grünen, obwohl diese in anderen Fragen ziemlich naiv sind. Die externen Kosten der Kohleverstromung sind erheblich und müssten zu diesen 3 ct addiert werden.
Trotzdem weisen Sie zu Recht auf ungelöste techn. und ök. Probleme hin.
Fazit: Über das Elt- Speicherproblem für eine landesweite Versorgung wird seit ca. 100 Jahren nachgedacht, außer den PSKW gibt es leider keine andere Lösung und es ist auch kein anderes phys. Prinzip in Sicht. Wer es erfinden sollte, wird Dr. hc. mult. und bekommt mindestens zwei oder noch mehr Nobelpreise.
Deshalb ist diese Energiewende mit Wind- und Sonnenstrom sinnlos, das Ausland lacht sich über die Deutschen kaputt.
Freundliche Grüße
Wolfgang Rasim
#8 Besso Keks sagt:
„Gängiger als Joule sind Watt: die 130 Terrajoule entsprechen 36 MWh.“
Ich glaube Sie haben sich vertan. Ein Joule entspricht 1 Watt-Sekunde. Deshalb sind 130 TeraJoule 36 GWh, nicht 36 MWh.
Wenn es um Energiespeicherung im großen Stil geht, muss man sich nicht an Autobatterien abarbeiten. Die werden nicht wirklich vorgeschlagen. Ebensowenig die Geschichte mit norwegischen Fjorden oder dem Ringwall-Speicher.
Eher spricht man hier von der Methansynthetisierung, bei der man wohl die größten Chancen erhofft. Im Wikibedia unter Windgas zu finden. Allerdings ist die Frage, wie die Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen zwischen 1 – 6 MW zu bewerten ist, offen. Selbst wenn man einen technischen Fortschritt unterstellt, dürfte Investition und Betrieb dieser Anlagen nicht unerheblich sein. Bei Wirkungsgraden zwischen 30 – 70% dürfte eine Speicherung des Solarstroms (Durchhnittliche EEG-Vergütung 2012: 35 ct/KWh) selbst dann krass unwirtschaftlich bleiben, wenn man die Anlage kostenlos erstellen und betreiben könnte. Angesichts der Erstellung der KWh aus Kohle zu 3 ct/KWh …
Genau, Herr Gogo, elektromagnetische Kopplung. Sie haben mit allem Recht. Die gezeichnete Einfachheit der Kernkraft (was auch immer das ist) ist einfach unübertroffen.
PS: Natürlich bedeutet Anschließen nicht, eine galvanische Verbindung zu haben.
#12: Peter Jensen sagt:
„Genau Herr Gogo,
man kann da einen Elektromotor anschließen.
Genau darum geht es?
Es reicht schon, wenn sie den einfach ranhalten. Anschließen muss gar nicht sein.“
Elektromagnetische Kopplung also. Dachte mir schon, dass Sie vom Fach sind.
Bin von der gezeichneten Einfachheit der Kernkraft immer wieder überrascht.
Gruss
Paul Gogo
p.s. Anschliessen bedeutet aber nicht zwingend eine galvanische Verbindung zu haben.
Genau Herr Gogo,
man kann da einen Elektromotor anschließen. Genau darum geht es. Es reicht schon, wenn sie den einfach ranhalten. Anschließen muss gar nicht sein.
#1: Lothar Steinbock sagt:
„Der effektivste Energiespeicher ist ein nukleares Brennelement. Jederzeit einsatzbereit, sehr geringe Selbstentladung“
Und daran kann man einen Elektromotor oder ein elektrisches Leuchtmittel anschliessen?
Gruss
Paul Gogo
Herr Dankert #9,
die 150 Euro sind übertrieben; da ist sicher bei der Menge ein ordentlicher Rabatt drin.
Ich hatte mal ausgerechnet, wie viele dieser Batterien man benötigt, um den Strombedarf unserer Republik zu speichern. Eng nebeneinander gestellt bedecken sie MeckPom vollständig. Und – nicht vergessen – allein die Verbindungsleitungen zwischen den Batterien belaufen sich auf mehrere Meter.
D. Rohrlack
Hallo Herr Moß,
um die 130 Tj zu speichern, bräuchte man 30.092.592 Autobatterien (ca. 30 Mill.) zu je 100 Ah bei 12 V. Die Batterien würden ca. 90.000t wiegen und müssten nach ca. 5 Jahren gewechselt werden……
Dabei sind naturlich keine Verluste für das Umrichten auf Drehstrom und keine Verluste in den Batterien berücksichtigt.
Der Preis für so eine Batterie liegt bei ca. 150,-€, also zusammen auf ca. 4,5 Mrd € (zuzüglich der Wechselrichter und Steuerungen).
Und das für eine 700.000 Einwohnerstadt.
Also völlig utopisch (typisch grünsozialistisch eben).
Mit freundlichen Grüßen
H. Dankert
EEG zum Schmökern im Naturwunder-Blog…
http://tinyurl.com/m63m5tp
Viel Spaß… (ironisch gemeint)
#3: Werner Moß sagt:
„Ich weiß immer noch nicht, wie viel Autobatterien man braucht und wie teuer diese dann sind, um 130 Terajoule zu speichern“
Hallo Herr Moß,
jetzt wollte ich es doch wissen (und Sie vielleicht auch): bei einer Batterie mit 60Ah komme ich bei 12V
auf 50 Millionen Batterien.
Auf Ebay ab c.a. 60€, Gewicht c.a. 15kg
Gängiger als Joule sind Watt: die 130 Terrajoule entsprechen 36 MWh.
MfG
Herr Moss #3:
„Ich weiß immer noch nicht, wie viel Autobatterien man braucht und wie teuer diese dann sind, um 130 Terajoule zu speichern.“
Eine typische Autobatterie hat etwa 40Ah und 12V. Das entspricht (fuer die voellige Entladung) einer Kapazitaet von 1.728 Megajoule. Damit waeren etwa 75 Millionen Autobatterien fuer die Speicherung von 130 Terajoule noetig.
Allerdings, wird eine Autobatterie voellig entladen, haelt sie nur fuer ein paar Lade-Entladezyklen.
Wird sie nur zu max 50% entladen, kann sie ein paar hundert Lade-Entladezyklen auhalten. Damit verdoppelt sich der Batteriebedarf fuer 130 Terajoule auf etwa 150 Millionen Batterien.
Es gibt allerdings Bleibatterien die fuer Tiefentladung ausgelegt sind (bis 80% Entladung). Z.B. die Batterien in Golf-carts und fuer stationaere Anwendungen. Die groesste Fertigungszahl ist fuer Golf-carts. Diese Batterien haben typischerweise ~200Ah und 6V und sind, da mehr Blei gebraucht wird und groesser als eine typische Autobatterie, etwa doppelt so teuer. Da diese Batterien auch schon in grosser Zahl hergestellt werden, ergeben sich durch groessere Fertigungszahlen, wie bei Autobatterien, keine wesentlichen Kostenreduktionen.
Von denen wuerden fuer 130 Terajoule und 80% Entladung, etwa 37 Millionen dieser Batterien gebraucht.
Deutschland hat etwa 53 Millionen Autos. Damit wuerden fuer die 3-taegige Versorgung einer einzigen Stadt von der Groesse Berlins (rund 42% der Einwohnerzahl New Works) etwa 63 Million Autobatterien benoetigt (max 50% Entladung), also etwa 20% mehr wie z.Zt in allen Autos Deutschlands eingebaut sind.
Bleibatterien sind, trotz aller Fortschritte im Batteriebereich, immer noch bei weitem die billigsten Batterien pro Joule Ladekapaziaet.
Neuere high-tech Batterien, wie z.B. mit LiPO4 Chemie, haben geringeres Gewicht oder Volumen pro gespeichertem Joule. Aber das wird mit erheblich hoeheren Kosten (haupts. Material) erkauft.
Die typischen Kosten einer Bleibatterie pro Wh (3600 Joule) sind etwa 0.13 Euro (Lithium Batterien 0.36 Euro pro Wh). Fuer das angegebene Beispiel Berlin wuerden die Batteriekosten damit etwa 4 Milliarden Euro betragen (bei 50% erlaubter max Entladung).
Da die Batterien, selbst bei schonender Behandlung, etwa 5-8 Jahre halten, wuerden diese Kosten alle 5-8 Jahre anfallen. Also etwa 142-227 Euro pro Jahr und Einwohner fuer die Batterie-Ersatzkosten allein. Mit der entsprechenden Wartung und den Umwandlungsstationen die zusaetzlich benoetigt wuerden, etwa das Doppelte pro Jahr und Einwohner fuer die Speicherung allein, um Perioden von max 3 Tagen ohne Wind und wenig Sonne ueberbruecken zu koennen.
Bei kalten Temperaturen kann sich die Batteriekapaziaet allerdings halbieren. Und das sind genau die Perioden, bei denen of auch wenig Wind und Sonne anfallen.
#3: Werner Moß sagt:
„Ich weiß immer noch nicht, wie viel Autobatterien man braucht und wie teuer diese dann sind, um 130 Terajoule zu speichern.“
Glauben Sie mir, Herr Moß,
das wollen Sie gar nicht wissen…
MfG
Ich weiß immer noch nicht, wie viel Autobatterien man braucht und wie teuer diese dann sind, um 130 Terajoule zu speichern.
Um es mal „naturwissenschaftlich“ auf den Punkt zu bringen. Die größte Energiequelle sind die Sterne des Weltall. Und die größte Energiequelle für unsere Erde ist die SONNE.
Und diese Sonne ist weder eine Windmühle, noch ein Solarmodul, keine Wasserkraft, keine Kohle- und Gaskraft und erst recht nicht ein Speichermedium (Batterie usw.)
Die Energie-Wärme-Quelle des Erdenleben ist ein KERN-FUSIONS-REAKTOR. Der einmal gezündet, sich selbst verzehrt….
So was wie einen Langzeitspeicher bzw. überhaupt Energiespeicher ist für das kosmische Spiel und damit für unser Erden-Leben nicht vorgesehen. Das Universum existiert auf ständigen Verbrauch und der Selbstverzehr von Energie ist der Antrieb dessen und unseren Leben auf Erden.
Somit ist es meiner Meinung nach von naturwissenschaflticher Seite her unsinnig große Energiemengen auf Zeit speichern zu wollen.
Der effektivste Energiespeicher ist ein nukleares Brennelement. Jederzeit einsatzbereit, sehr geringe Selbstentladung (