Energiespeicher mit Federn?
Hallo zusammen,
mich verfolgt seit einiger Zeit eine Energiespeicher Idee von der ich weiß das sie umsetzbar ist, aber nicht weiß ob sie effizient ist. Vielleicht gibt es hier Techniker oder Maschinenbaustudenten oder Ingeneure die meine Idee einschätzen, oder auch berechnen können?
Hier die Idee:
Bei der Idee handelt es sich um einen elektrisch- mechanischen Speicher, zum verlustarmen speichern von elektrischer Energie, auch über längere Zeiträume.
Hierzu treibt ein aus Wind oder Photovoltaikstrom gespeister Elektromotor eine Hydraulikpumpe an, die über einen Hydraulikzylinder eine mechanische Feder spannt.
Ist der Speicher voll, oder zu wenig Energie vorhanden um den Motor zu betreiben, kann der hydraulische Kreis angehalten werden, was vor ungewollter Entladung schützt.
Sollte kein Wind oder keine Sonne vorhanden sein, kann das System über eine Kreislaufumkehr die mechanisch gespeicherte Energie in elektrische zurückwandeln.
Hierzu drückt die Feder das Hydrauliköl zurück aus dem Zylinder, treibt die Hydraulikpumpe an, die jetzt als Hydraulikmotor wirkt, diese treibt den elektrischen Motor an, der jetzt als Generator wirkt.
Das Anhalten des Kreislaufes ermöglicht das speichern von Energie, auch über längeren Zeitraum ohne Entladeverluste.
Der Hydraulikkreislauf ermöglicht eine kontrollierte und genau dosierte Abgabe der Federenergie, die sonst nur schwer zu kontrollieren und zu dosieren wäre.
Das Grundprinzip entspricht dem des Pumpspeicherkraftwerks, nur in kompakter Bauweise und ohne Umweltbeeinträchtigungen in Form von Landschaftsbeeinträchtigung.
Kann leider die Anlage nicht berechnen und auch keinen Prototyp bauen.
Aufgrund der Speicherproblematik in Zusammenhang mit der Energiewende hätte ich gerne Gewissheit ob diese Idee eine Chance hat und es sich lohnt weiter zu verfolgen, oder ob es eine Schnapsidee ist.
Freu mich auf Eure Unterstützung
Gehtodergeht?
5 Antworten
Es gab in einer Kundenzeitschrift von Nordmende einst eine kleine Aufgabe, die zeigte, welche geringe elektrische Energie sich aus einer mechanischen Energie ergibt.
Dazu sollte ein elektrischer, verlustfreier Generator durch ein fallendes Gewicht von 1 mg und einer Fallhöhe von 1 cm angetrieben werden und eine elektrische Leistung abgeben. Diese elektrische Leistung entsprach dem Antennensignal am Eingang eines Empfängers. Wenn ich es recht in Erinnerung habe waren es 1 uV an einem Widerstand von 60 Ohm.
Die Frage war, wie lange das Gewicht von 1 mg dazu in der Lage ist. Das Ergebnis, wenn ich die Zahlen richtig in Erinnerung habe, ist eine sehr bekannte Zeitdauer.
Eine andere Fragestellung ist der Ersatz eines der in Biblis einst vorhandenen Kraftwerke durch Wasserkraft. Der Rhein hat dazu bei Biblis eine Mindestwasserführung von 600 m³/s und das Kraftwerk hat eine >Leistung von 1200 MW oder 1200000 kW.
Gesucht ist die erforderliche Höhe zum Aufstau des Rhein.
Man kann aber auch die in D vorhandene Kraftwerksleistung von 85 GW oder 85000 MW durch Windkraft von jeweils 4 MW pro Anlage ersetzen. Man muß aber bedenken, daß eine solche Anlage rein rechnerisch nur etwa 25 % der Zeit mit voller Leistung arbeitet.
Wieviele Anlagen sind dazu erforderlich?
Wie hoch sind die Kosten, wenn eine Anlage vermutlich 5 Mio. € kostet?
Die Kosten für die Speicherung müssen noch dazu gerechnet werden!
Wie groß ist die Fläche für eine Anlage wenn wir die Fläche von D mit rund 330.000.000 km² ansetzen?
Viel Spaß mit den Aufgaben!!
Ich sehe diese Frage erst sehr spät.
Die Idee ist theoretisch OK, aber praktisch vermutlich ziemlich ineffizient. Bei handelsüblichen Federn würde ich befürchten, dass sie schon bei einem einzigen Zyklus (Spannen und Entspannen) vielleicht nur etwa zwei Drittel der eingespeisten mechanischen Energie wieder hergeben. Der Rest wird über innere Reibungsverluste in Wärme verwandelt.
Deutlich besser fände ich da die heute da und dort schon realisierte Energiespeicherung durch Gewichte, die in einem Turm hochgezogen und dann wieder herunter gelassen werden.
https://reset.org/blog/energy-vault-bauschrott-energie-speichern-08012019
Eine ähnliche Idee geistert schon seit längerem durch die Welt:
https://digital.oup-fluidtechnik.de/o-p-fluidtechnik-10-2020/64372605/15
Hier ist die Speicherung nicht durch Federn sondern durch Luft bzw. Gaskompression, das wird ganz klassisch heute auch bei Hydraulikspeichern so realisiert.
Ich halte das für einen aussichtslosen Weg.
- Die Wirkungsgradverluste sind bei der mehrfachen Umwandlung der Energie relativ groß (mechanisch -> elektrisch -> mechanisch -> Kompression (Feder oder Gas) -> mechanisch -> elektrisch)
- Die Baugröße so eines Systems ist im Vergleich zu einer Batterie deutlich größer. Mit einer 12 V Autobatterie mit 100 Ah speicherst Du 1200 Wh = 4320 kJ. Bei einer Feder die Du mit 10 kN (entspr. 1000 kg) einen Meter komprimierst wärst Du bei 5000 Nm = 5 kJ.
Hier steht auch noch was interessantes dazu:
https://www.vde-verlag.de/buecher/leseprobe/9783800735969_PROBE_01.pdf
Erstmal cool deine Idee und das du dich damit beschäftigst.
Und ja die Speicherung wäre nahezu verlustfrei und über längeren Zeitraum möglich. tatsächlich ist die Idee kinematische Energie zu speichern garnicht verkehrt weil sie nicht flüchtig ist.
Sehe darin nur die Problematik der extrem größe und vergleichsweise geringen Speicherfähigkeit.
Außerdem ist die Wartung und der Verschleiß immens. denn die Feder müsste mit simpler Masse unter Spannung gehalten werden damit wird konstant eine Druckkraft ausgeübt. sobald das Material ermüdet wars das.
Vielen Dank schon mal für die Ersten Einschätzungen. Um Materialermüdung zu vermeiden müsste man die Federn entsprechend vor Überspannung schützen, ggf den Federweg nicht bis zum Limit ausreizen. Das geht mir aber schon zu sehr ins Detail, zunächst wäre wichtig zu wissen ob die ganze Sache mit einer brauchbaren Effizienz machbar wäre. Die Energiedichte ist natürlich auch zu klären. Die Anlage wäre schließlich auf verschiedene Leistungsgrößen zu skalieren, sie könnte als Photovoltaik Speicher im EFH Keller stehen oder entsprechend größer bei einem Windrad (im Container?). Schließlich lassen sich Hydraulikzylinder und Federn in allen erdenklichen Größen bauen. Außerdem könnte man mehrere Federn, oder Federpakete parallel schalten. Vorteil wäre das ein solcher Speicher ohne Batteriechemikalien auskäme.
Kann es jemand berechnen oder kennt jemanden der es kann?
Ich glaube dass das Problem hier vorrangig eine relativ kleine Speicherkapazität sein wird und dass die Federn mit der Zeit inelastisch verformt werden sofern sie unter hoher Spannung gehalten werden.
Ich glaube Effektiver wär hier ein kleines Pumpenspeicherkraftwerk. Also du pumpst Wasser in einen Turm und speicherst so die Energie. Das gibts in großem Maßstab in den Alpen ich hätte aber noch nichts von kleinen Pumpenspeicherkraftwerken gehört also nehm ich mal an, dass das in kleinem Maßstab wohl nicht all zu gut Umsetzbar ist bzw die Energiedichte zu gering ist.
Also Pumepenspeicherkraftwerke gibts auch anders wo, wo es entsprechende natürliche Anhöhen gibt bzw besteht dort die Möglichkeit eines zu bauen sie sind in Deutschland aber nicht rentabel weil sie hier als Endverbraucher gewertet werden und der Strom fürs Pumpen damit relativ teuer ist.