Energiewende: "Dunkle Flaute" / emissionsfreie Speicherung und Wiederverstromung

Du vergisst aber die Implikation daraus.
Wenn wir die energieintensiven Grundstoffindustrien wie Stahl/Chemie hier noch halten wollen, könnte ein durch zu geringe Auslastung zu hoher Wasserstoffpreis nur durch Subventionen ausgeglichen werden und wir reden da über mehr als die 5 Cent EEG Umlage; wir haben ja alle deren Folgen gemerkt.

Kurzer Einschub: der ominöse Elektrostahlofen kann nicht aus Eisenerz Stahl machen.
Um aus Eisenerz Stahl herzustellen, geht es über den Hochofen oder über die Direktreduktion.
Der Hochofen braucht Koks, die Direktreduktion nutzt aktuell Erdgas, sie soll aber auf Wasserstoff umgestellt werden. Also: Wenn wir aus Eisenerz Stahl herstellen wollen, brauchen wir Stand jetzt Wasserstoff und 2045 sollen wir nur für Stahl 1,4 Millionen Tonnen grünen Wasserstoff brauchen.

Variante 1:
Man baut dediziert Solar und Photovoltaik nur für Wasserstoff auf und legt die Brennstoffzelle auf den Jahresmittelwert aus. Für die Überschüsse müssen wir ne andere Verwendung finden. Von den zusätzlichen Flächenbedarf über die 2% rede ich erst garnicht.

Variante 2:
Wir gehen wohin, wo die Schwankungen im Grünen Strom geringer sind.

In euren Theorien geht ihr davon aus, den grünen Wasserstoff brauche ja nur der Bürger, den man zum sparsamen Verbrauch erziehen kann.
Nein, der Grüne Wasserstoff wird in so großen Mengen gebraucht für die Grundstoffindustrie, Chemie, Kunststoffindustrie etc., dass wenn wir an den Subventionen nicht krepieren wollen, wir die Preise soweit senken müssen, dass der grüne Wasserstoff genauso billig ist, wie aktuell fossile Brennstoffe. Wenn dann grüner Wasserstoff billig genug ist, wird man ihn genauso verschwenderisch verwenden wie gerade Öl oder Gas.

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Die primäre Stahlherstellung (Hochofenroute) braucht im wesentlichen doch drei „Rohstoffe“, nämlich

  1. Eisenerz
  2. Erdgas oder Koks (um dem Eisenerz den Sauerstoff zu entziehen)
  3. Energie

Und der grüner Wasserstoff soll ja das Erdgas bzw. Koks ersetzen. Und dieser Wasserstoff soll hier vor Ort mit „deutscher“ grüner Energie hergestellt werden.
Da frage ich mich doch, warum eigentlich?

Wir importieren das Erdgas, warum nicht auch den grünen Wasserstoff? In Russland beispielsweise, gibt es sicherlich massenhaft Flächen, wo sich Windräder aufstellen ließen und kaum jemand wohnt, den das stört. Den Russen kaufen wird dann den grünen Wasserstoff ab, so wie jetzt das Erdgas. :slight_smile:

Stattdessen wird das Beharren auf grünem Wasserstoff aus Deutschland zum Stolperstein der Energiewende hochstilisiert. Das ist in meinen Augen ein Scheinproblem.

edit:
Damit scheine ich auch nicht allein zu sein (Quelle):

Die Stahlwerker aus Niedersachsen gehen davon aus, dass ein Großteil des Wasserstoffs importiert werden muss. Selbst dafür fehlen aber noch Schiffe, Häfen und Leitungen. Der technische Direktor Castagnet bleibt trotzdem optimistisch: „Als Stahlwerker haben wir immer irgendwelche Herausforderungen“, sagt Castagnet. „Wenn wir als Ingenieure sie nicht lösen, gehen wir unter.“

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Wichtig aus Volkswirtschaftlichem sinne wäre hier die Elektrolyse-Forschung und dann auch die Produktion der Anlagen hier zu fördern, sich dort zu einer technologischen Speerspitze aufzubauen klingt auch geo-politisch interessant.

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Darauf bezogen sich meine 2 Posts. Importieren wir den Wasserstoff doch aus Quellen wo er billiger ist.

Das sehe ich anders, Herr Habeck verspricht ja neue Arbeitsplätze. Wenn die Arbeitsplätze bei den Elektrlyseuren aber wegfallen und wir durch den geringeren Strombedarf weniger Windräder brauchen fallen ja einige der versprochenen Arbeitsplätze weg.
Wenn der Wasserstoff wie in deinem Link beschrieben so günstig ist wie Tafelwasser wird man den Wasserstoff eben nicht nur für die Flauten verwenden sondern auch wieder als Grundlast verwenden was dann noch weniger Windräder benötigt. Zudem wohin mit den Lastpitzen wenn Wasserstoff billiger importiert wird und Speicher zu teuer ist. Einzige Lösung weniger Windräder und mit der verbleibenden Spitzenlast z.B. über Tauchsieder Speicher in Fernwärmenetzen füllen.
Bis der Wasserstoff da ist. ahne ich schon, werden wir noch sehr lange Erdgas importieren.

Ich bin gerade beim Überschriften Hoppsen aus einem anderen Threads über den Artikel gestolpert:

Klingt durchaus spannend der Ansatz.

Was mir auf die Schnelle noch so dazu einfallen würde:

Warum einen solchen Gewichtsspeicher nicht gleich noch in einen WKA Turm integrieren?

Und warum Beton/Stahl?
Gewöhnliche Granitblöcke liefern doch auch Gewicht und sind quasi CO2-frei zu haben.

Wollte ich euch bei der Diskussion über die Speichertechnik nicht vorenthalten, zumal das System sicherlich weniger Verluste mit sich bringt als Power2Gas, auch wenn ich 90% aus lauter Unwissenheit nicht wirklich glauben mag.

Also

Joar dazu ein Gedanke:

Das würde den Turm ja dicker machen und dementsprechend wäre es negativ für die Performance der Anlage, die Dinger sind ja nicht gerade klein.

Außerdem hat energyvault bisher wohl nicht mehr als ein paar schöne Mockups geliefert.
(Ähm und ne kleine Demo Anlage)

Der Turm kostet 8 Mio $ kosten für 35 MWh also um 1 GWh wegzuspeichern braucht man ca.
28,5 Türme → 228,5 Mio $

für 1 TWh dann schon

28571 Türme → 228,5 Mrd $

aber mal gucken was da noch kommt

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Inklusive 250.000 Tonnen Steine (=34 MWh bei 50 m Hub)?

Kommt mir aberwitzig vor. Warum dann nicht lieber bei jeden 100+ m hohen Hügel die Kuppe ausbaggern und mit einem Speichersee füllen?

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" Haben Schweizer das größte Problem sauberer Energie gelöst?"
Die kurze Antwort lautet: Nein. Was die vorhaben, mag ganz nett sein, um kurzfristige Schwankungen auszugleichen, aber wenn wir in großem Umfang auf eneuerbare Energien umsteigen wollen, brauchen wir saisonale Speicher von mehreren 10 TWh. Und das ist mehr als 4 Größenordnungen mehr, als die in den nächsten Jahren bauen wollen.

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Nicht wirklich befriedigend deine Antwort.

Aber mal so als Nachfrage: warum nur kurzfristige Lösung?

Wird kinetische Energie nach einem Monat in der Luft schlecht und fängt an zu stinken?

Muss die Lösung die dir so vorschwebt gleich als aller erstes mal eine TWh im Prototypen speichern können, damit du es als mögliche Lösung in Erwägung ziehst?

Keine Ahnung, och war noch nie in einem Windrad und kann daher nicht sagen wieviel Hohlraum im Schaft ist.
Ich hatte eher an Hohlraumnutzung als an Verdickung gedacht.

Gewagte Hochrechnung. Ich denke mal Serienproduktion würde auch da einiges an Kosten sparen können und vielleicht sind’s dann nur 220 Mrd $ für’s TW ^^

Ist richtig aber der Ansatz ist auch einem Laien wie mir verständlich. Und Mockups und Demoanlagen gibt’s von 'ner ganzen Menge als erstes :wink:

Das größte Problem sehe ich eher im Platzbedarf der notwendigen Menge als in der Realisierbarkeit.

Kann mir auch denken, dass die nach den Erfahrungen in Indien dann noch größere Anlagen bauen können.

Finde ich auch.

Guter Ansatz, aber ich würde deine Rechnung noch weiter führen wollen:

Oben hatte ich ja abgeschätzt, dass wir für eine 100% EE-Versorgung in 2021 (mit ca. 200 GW PV, 200 GW WK onshore und 20 GW WK offshore) eine Speicherleistung von etwa 28 TWh benötigen würden.

Nach der Rechnung von @Dsonda macht das für die Türme Aufbaukosten von 28 * 228,5 Mrd. $ * 0.88 €/$ = 5,63 Billionen €. Eine gewaltige Summe auf den ersten Blick.
In dem verlinkten Artikel von @Olaf.K heißt es, die Türme würden 30 bis 40 Jahre leben. Ich bin mal perssimistisch und nehme nur 20 Jahre.
Dann komme ich bei den Türmen also auf jährliche Kosten von 5,63 Billionnen € / 20 ~= 280 Milliarden Euro pro Jahr.

Aber so wie wir die Kosten z.B. für Netzstabilisierung auf alle verbrauchten KIlowattstunden in Deutschland umlegen, so würde man natürlich auch solche Kosten auf den gesamten Stromverbauch in Deutschland umlegen.

Wir hatten in 2021 nach den Daten von smard.de eine Gesamtverbrauch von 505 TWh. Teilt man also die 280 Milliarden Euro durch die 505 TWh (505 Milliarden Kilowattstunden) kommt man bei ungefähr 0,554 Euro pro kWh raus. Nimmt man statt 20 Jahre, die maximalen 40 Jahre Lebensdauer der Türme an, halbiert sich dieser Wert auf 27,7 ct./kWh.

Das erscheint auch mir im Moment noch etwas teuer. Aber ein interessanter Ansatz, besonders da die Energie langfristig und nahezu emissionsfrei gespeichert wird (wenn man das CO2 für die Konstruktion mal rausnimmt). Und vielleicht lassen sich die Kosten ja auch noch senken.

Das ich oben für die Berechnung des Speicher-Wirkungsgrades Wassertoff genommen habe, war wohl nicht so gut.
Also um es noch mal ausdrücklich zu sagen, der Energieträger, der bei der Speicherung des überschüssigen Stromes zum Einsatz kommt, soll für nichts anderes verwendet werden, als ihn im Winter oder bei zu wenig EE-Produktion wieder zu verstromen. Eine Verwendung in der Indsutrie wird dabei ausgeschlossen.

Denn als aller erstes geht es mir bei der Rechnung oben um die CO2-neutrale Deckung des Strom-Energiebedarfes in Deutschland, damit bei uns allen das Licht brennt, unsere Krankenhäuser und Bäckereien genug Strom haben und so weiter.

Du und auch andere in Politik und Wirtschaft verknüpfen das, nach meinem Empfinden, aber mit der Frage, wie man die Rohstoffversorgung z.B. Erdgas in der Stahlindustrie CO2-neutral bekommen kann. Das mag ein Stück weit auch sinnvoll sein, wenn es z.B. um Forschung zur Effizienz von Wasserstoffproduktion geht.

Was aber, meiner Meinung, überhaupt nicht sinnvoll und sogar fragwürdig ist, das ist, wenn man aus den Problemen, die das Ersetzen von Erdgas bei der Stahlindustrie macht, ein Problem für die ganze Energiewende konstruiert und zum Beispiel vorrechnet, dass grüner Wasserstoff auch für die Stromspeicherung unwirtschaftlich wäre, nur weil er heute noch nicht so billig ist, wie das heutige Erdgas beispielsweise.

Oder kurz gesagt, nur weil die Stahlindustrie grünen Wasserstoff als Erdgasersatz aktuell für zu teuer hält, gilt das noch lange nicht für Wasserstoff als Speichermedium für die Energiewende.

Und erst recht begründet sich für mich daraus nicht, das eine Industrie mit ca. 80.000 Angestellten, Vorrang vor der Versorgung von über 80 MIllionen Menschen hat.

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Leute, hört auf in „Geld“ zu denken. Das führt beim Hochskalieren zu nix Gutem. Was man hier eigentlich braucht, das ist Stahl für die Türme und Beton für die Gewichte.

Ein Turm braucht bereits ca. 250.000 Tonnen an Gewichten. Vereinfacht rechnen wir mal mit der Pi-mal-Daumen-Formel 1 Tonne Beton = 0,2 Tonnen Zement plus 0,8 Tonnen Zuschlag (Sand, Kiesel oder ähnliches). 50.000 Tonnen Zement wären bereits mehr als 0,1% des jährlichen Zementverbrauchs Deutschlands (30 Mio Tonnen). Mit 50.000 solcher Türme würden wir bereits die komplette jährliche Zementproduktion Chinas benötigen. Was so ganz grob die Hälfte des globalen Zementaufkommens wäre.

Das gleiche Spiel können wir mit Sand treiben. Da liegt die globale Produktion bei ca. 50 Mrd Tonnen. Und es gibt jetzt schon ein Problem mit den Reserven (weil der unendlich vorhandene Wüstensand sich schlecht eignet).

Ich finde dazu hat @Olaf.K schon etwas gesagt:

Granit und Felsgestein wiegen etwa soviel wie Stahlbeton (2,0 bis 2,6 t/m^3). Wenn man ein geeignetes Gefäß hätte, wäre vielleicht auch Schüttgut wie trockener Sand (1,5 t/m^3) oder besser nasser Sand (1,83 - 2,10 t/m3) (Quelle) möglich. Dann könnte der Betonbedarf ordentlich sinken.

Ich hätte dann mal noch einen Ansatz den ich in einem der anderen Threads schonmal entwickelt haben:

Man sollte auch überlegen wie man den Energieverbrauch saisonal anpasst nicht nur fix auf die aktuellen Verbrauchskurven schauen und danach Speichertechnik denken.

Der Ansatz den ich hatte ist ein wenig aus der Bauindustrie geklaut die ja bei schönem Wetter (Sommer) arbeiten bis zum umfallen und dafür im Winter leise treten.

Warum nicht auch für die Stromintensive Industrie?

Im Sommer wird durchgearbeitet und die Urlaubssaison wird in den Winter verlegt, bis hin zu mehrwöchigen Betriebsschließungen.

Dürfte einige GWh weniger Energiebedarf in den dunklen Monaten bedeuten, die man nicht speichern braucht.

Oder auch Anpassung der Arbeitszeiten an die Tageslichtzeiten, im Sommer länger im Winter kürzer.

Jep, zum Thema Demand Side Management gab es ja in diesem Thread auch schon ausführliche Diskussionen.
Der von dir beschriebene Prozess wird ja im Grunde automatisch stattfinden, wenn der zukünftige Strompreis saisonal unterschiedlich ist. Dann wird mehr oder weniger am Markt entschieden ob die Kosten für Bedarfs-Flexibilisierung im Verhältnis zum Preis für saisonale Speicherung stehen.
Einzige Frage wäre also, ob man diesen Prozess noch künstlich beschleunigen sollte - also z.B. durch öffentliche Förderung. Sicher keine schlechte Idee, aber die entscheidende Frage ist dann: stecke ich meine Fördermittel lieber in DSM- oder Speicher-Technologien?
Diese Entscheidung sollte natürlich auf Basis des erwarteten Potentials getroffen werden im Hinblick auf die Frage: wie erreiche ich meine Klimaziele am schnellsten? Leider gibt es dazu Stand heute kaum Daten / Untersuchungen.
Ich habe hier Mal das zusammengestellt, was ich gefunden habe:

Meine Schlussfolgerung ist, dass Stand heute das Potential für DSM überschaubar ist. Wer hier neue Erkenntnisse hat sei aber selbstverständlich eingeladen, das zu ergänzen.

Gibt’s da eigentlich in der Zwischenzeit was neues?

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Hallo zusammen,

hier mal eine etwas erfreulichere Nachricht zum Thema Energiewende und Wasserstoff:

Hoffentlich kommen wir bei Thema schnell voran, denn mMn braucht es für einen sinnvollen Einsatz von Wasserstoff und für die saisonale Speicherung von Wind und Solarenergie genau solche großen, unterirdischen Speicher.

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Einerseits positiv dass es geht und ja ich habe gelesen, dass es eine Testanlage ist.

Setzten wir mal die Wasserstoffmenge an die dort gespeichert werden soll.
6t = 6000kg
1kg H2 hat eine Energiemenge von 33kwh

Brennstoffzellen liegen bei einem elektrischen Wirkungsgrad von im günstigsten Fall 60%

6000kg * 33 kWh/kg * 60% = 118.800kWh

Das reicht dann um etwa 34 3 Personenhaushalte 1 Jahr mit Strom zu versorgen.
Ohne Wärmepumpe und eAuto. Hört sich erstmal wenig an.

Wenn man dann aber rechnet, dass es reiche würde um für fast 2500 dieser Haushalte eine 5tägige Dunkelflaute zu überbrücken sieht es wieder etwas besser aus.

Das größte Problem. Habe ich damit verlässliche Zahlen zu finden. Das fängt beim Wirkungsgrad von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen an und geht über die Länge und Häufigkeit von Dunkelflauten hinweg. Zu den Punkten was die Elektrifizierung der Wärme und der Verkehrs wirklich an Energie benötigt.

Wir dürfen gespannt sein, was sich noch alles tut. Hoffentlich viel und hoffentlich wirkt jeder der die Möglichkeit hat auch dort mit wo es geht. Sei es als Mitglied in Bürgerenergiegenossenschaften oder mit der eigenen PV.

Quellen:

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Hier nochmal ein aus meiner Sicht interessantes Video zum Thema Strommarkt. Ihr merkt schon das ist eines meiner Lieblingsthemen und gerade weil dort so viel Quatsch verbreitet wird möchte ich auf das Video von Andreas Schmitz hinweisen.

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