(Michael H/Getty Images) Die Auswirkungen, die fossile Brennstoffe auf die haben Klimanotstands treibt einen internationalen Vorstoß zur Nutzung kohlenstoffarmer Energiequellen voran. Derzeit sind Wind- und Solarenergie die besten Möglichkeiten, kohlenstoffarme Energie in großem Maßstab zu erzeugen.
Aber trotz der Verbesserungen beider in den letzten Jahren Leistung Und kosten Dennoch bleibt ein erhebliches Problem bestehen: Der Wind weht nicht immer und die Sonne scheint nicht immer.
Ein Stromnetz, das auf diese schwankenden Quellen angewiesen ist, hat Schwierigkeiten, ständig mitzuhalten Angebot und Nachfrage , und damit erneuerbare Energie geht manchmal verloren weil es nicht bei Bedarf produziert wird.
Eine der Hauptlösungen für dieses Problem ist der großflächige Einsatz Stromspeichertechnologien . Diese funktionieren, indem sie Strom speichern, wenn das Angebot die Nachfrage übersteigt, und ihn dann wieder abgeben, wenn das Gegenteil eintritt. Ein Problem bei dieser Methode besteht jedoch darin, dass sie involviert ist enorme Mengen Strom .
Bestehende Speichertechnologien wie Batterien wären aus diesem Grund für diese Art von Prozess nicht geeignet hohe Kosten pro Energieeinheit . Momentan, über 99 Prozent der großen Stromspeicher wird von verwaltet Pumpspeicherdämme , die Wasser zwischen zwei Reservoirs durch eine Pumpe oder Turbine bewegen, um Strom zu speichern oder zu erzeugen.
Allerdings gibt es aufgrund der geografischen Anforderungen Grenzen dafür, wie viel mehr Pumpspeicherkraftwerke gebaut werden können.
Eine vielversprechende Speichermöglichkeit ist die Pumpspeicherung von thermischem Strom. Diese relativ neue Technologie gibt es schon seit etwa zehn Jahre und wird derzeit in Pilotanlagen getestet.
Die Umwandlung von Strom in Wärme erfolgt im zentralen Kreislauf und wird dann in Warm- und Kalttanks gespeichert. (Pau Farres Antunez)
Pumpspeicherkraftwerke funktionieren, indem sie mithilfe einer Großwärmepumpe Strom in Wärme umwandeln. Diese Wärme wird dann in einem heißen Material wie Wasser oder Kies in einem isolierten Tank gespeichert.
Bei Bedarf wird die Wärme dann wieder in Strom umgewandelt Wärmekraftmaschine . Diese Energieumwandlungen erfolgen mit thermodynamische Kreisläufe , die gleichen physikalischen Prinzipien, die auch für den Betrieb von Kühlschränken, Automotoren oder Wärmekraftwerken verwendet werden.
Bekannte Technologie
Pumpspeicherkraftwerke bieten viele Vorteile. Die Konvertierungsprozesse basieren meist auf konventioneller Technologie und Komponenten (wie z Wärmetauscher , Kompressoren , Turbinen und elektrische Generatoren), die in der Energie- und Verarbeitungsindustrie bereits weit verbreitet sind.
Dies wird die Zeit verkürzen, die für die Planung und den Bau von Pumpspeichern für thermischen Strom erforderlich ist, selbst im großen Maßstab.
Die Lagertanks können mit reichlich vorhandenen und kostengünstigen Materialien wie Kies, geschmolzenem Salz oder Wasser gefüllt werden. Und, im Gegensatz zu Batterien Diese Materialien stellen keine Gefahr für die Umwelt dar.
Große Salzschmelzetanks werden seit vielen Jahren erfolgreich in konzentrierten Solarkraftwerken eingesetzt, einer Technologie für erneuerbare Energien, die sich einen Namen gemacht hat schnelles Wachstum im letzten Jahrzehnt.
Konzentrierte Solarenergie und thermische Pumpspeicherkraftwerke haben viele Gemeinsamkeiten, aber während konzentrierte Solarkraftwerke Energie erzeugen, indem sie Sonnenlicht als Wärme speichern (und dann in Elektrizität umwandeln), speichern thermische Pumpspeicherkraftwerke Strom, der aus jeder Quelle stammen kann – Solarenergie, Wind- oder sogar Kernenergie, unter anderem.
Einfach zu implementieren und kompakt
Pumpspeicherkraftwerke können überall und unabhängig von der geografischen Lage installiert werden. Sie können auch problemlos skaliert werden, um den Speicherbedarf des Netzes zu decken.
Andere Formen der Massenenergiespeicherung sind durch den Ort, an dem sie installiert werden können, begrenzt. Pumpspeicherkraftwerke erfordern beispielsweise Berge und Täler, in denen große Wasserreservoirs errichtet werden können. Druckluft-Energiespeicher ist auf große unterirdische Höhlen angewiesen.
Pumpspeicherkraftwerke verfügen über eine höhere Energiedichte als Pumpspeicherdämme (sie können mehr Energie in einem bestimmten Volumen speichern). Zum Beispiel, zehn Mal Aus 1 Kilogramm Wasser, das bei 100 °C (212 °F) gespeichert ist, kann mehr Strom gewonnen werden als aus 1 Kilogramm Wasser, das in einer Höhe von 500 Metern in einem Pumpspeicherkraftwerk gespeichert wird.
Das bedeutet, dass für eine bestimmte gespeicherte Energiemenge weniger Platz benötigt wird und der ökologische Fußabdruck der Anlage somit geringer ist.
Langes Leben
Die Komponenten von Pumpspeicherkraftwerken halten in der Regel Jahrzehnte. Batterien hingegen altern mit der Zeit und müssen alle paar Jahre ausgetauscht werden – für die meisten Batterien von Elektroautos gibt es normalerweise nur eine Garantie etwa fünf bis acht Jahre .
Auch wenn es viele Gründe dafür gibt, dass Pumpspeicherkraftwerke sich gut für die groß angelegte Speicherung erneuerbarer Energien eignen, hat sie auch Nachteile.
Der vielleicht größte Nachteil ist sein relativ bescheidener Wirkungsgrad – das heißt, wie viel Strom beim Entladen zurückgegeben wird, verglichen mit der Menge, die beim Laden zugeführt wurde. Die meisten Pumpspeicherkraftwerke zielen darauf ab 50-70 Prozent Effizienz , im Vergleich zu 80-90 Prozent bei Lithium-Ionen-Batterien oder 70-85 Prozent für Pumpspeicherkraftwerke .
Am wichtigsten sind jedoch wohl die Kosten: Je niedriger sie sind, desto schneller kann sich die Gesellschaft auf eine kohlenstoffarme Zukunft zubewegen. Pumpspeicherkraftwerke sind thermische Stromspeicher voraussichtlich konkurrenzfähig sein mit anderen Speichertechnologien – allerdings wird dies erst sicher bekannt sein, wenn die Technologie ausgereift und vollständig kommerzialisiert ist.
So wie es steht, mehrere Organisationen bereits Arbeiten , Prototypen aus der realen Welt . Je früher wir Pumpspeicher für thermische Elektrizität testen und einsetzen, desto eher können wir sie nutzen, um den Übergang zu einem kohlenstoffarmen Energiesystem zu unterstützen. 
Antoine Koen , Doktorand in Pumpspeicherung thermischer Energie, Universität von Cambridge Und Pau Farres Antunez , Postdoktorand im Bereich Energiespeicherung, Universität von Cambridge .
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