Schwungmassenspeicher

Relevante Energieformen

Gespeicherte Energieform:

Elektrische Energie

Kurzbeschreibung

Kombination von Schwungrad und Generator/Motor.

$W_{kin} = \frac{1}{2}\ J\ \omega_m^2$

Funktionsskizze

Quelle: PTW | TU Darmstadt

Berechnung des Umwandlungswirkungsgrades, typische Werte

Wirkungsgrad durch Lagerungstyp und Betriebsatmosphäre beeinflusst bis zu 90–95 %.

Betriebs-Charakteristika

Bauart	elektrisch mit Motor	direkt mechanisch
Typische Be- und Entladeleistungen	Ladung abhängig vom Verwendungszweck	Entladeleistungen im MW-Bereich
Typische Verlustleistungen in Abhängigkeit des Alters des Speichers	Vakuumbauweise mit Magnetlagerung → wartungsfrei, keine Alterungsverluste	Kugel-/Gleitlagerbauweise → Alterung der Lagerung
Weitere Betriebscharakteristika	Ladungszustand abhängig von Drehzahl	Ladungszustand abhängig von Drehzahl

Energetische Kennwerte

Bauart	elektrisch mit Motor	direkt mechanisch
Verfügbare Leistungsklassen	3 kW–150 MW	3 kW–150 MW
Verfügbare Kapazitäten	21 kWs–1.500 MWs	21 kWs–1.500 MWs
Volumetrische Speicherdichte	1875 kWs/m³	1875 kWs/m³
Gravimetrische Speicherdichte	10–500 kWs/kg	10–500 kWs/kg
Typische Verlustleistungen in Abhängigkeit der Kapazität	nein	ja
Typische Verlustleistungen in Abhängigkeit des Ladezustandes	ja < 1–10 %	ja < 1–10 %

Wirtschaftliche Kennwerte

Bauart	elektrisch mit Motor	direkt mechanisch
Nutzenergiekosten/kWh	0,01 €	0,01 €
Investkosten/kW	1.000–5.000 €/kWh	1.000–5.000 €/kWh
Platzbedarf/kW	ca. 1 m³ bei 125 kW	ca. 1 m³ bei 125 kW
Typische Lebensdauer in Jahre	20	20
Typische Lebensdauer in Anzahl der Zyklen	ca 1.000.000–5.000.000	ca 1.000.000–5.000.000

Technologische Kennwerte

Bauart	elektrisch mit Motor	direkt mechanisch
Negative Aspekte der Ökobilanz (alle Lebensphasen)	Herstellung	Herstellung
Gefährdungspotential (niedrige Drücke und Temperaturen, keine giftigen oder explosiven Stoffe)	geringes Gefährdungspotential	geringes Gefährdungspotential
Systemkomplexität	viele Bauelemente/technisch komplex zusätzlich nur mit hohem Systemverständnis zu bedienen	Im Vergleich zur elektrischen Variante, niedrigere Systemkomplexität
Weitere technologische Kennwerte	ca. 1.000.000–5.000.000 Zyklen	k.A.

Subjektive Technologie-Portfolio-Analyse

Technologieattratktivität	Industrielle Umsetzbarkeit	Umsetzbarkeit	Ist es technisch denkbar, diese Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität einzusetzen? (Grün = Ja, Gelb = Ggf., Rot =Nein)
		Komplexität	Wie komplex wäre der Einsatz dieser Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität? (Grün = einfach, Gelb = eher komplex, Rot = sehr komplex oder nicht möglich)
		Anwendbarkeit bei Industriepartnern	Wäre eine Flexibilisierung solcher Anlagen bei Industriepartnern direkt möglich? (Grün = Ja, Gelb=Nur mit größeren Umbaumaßnahmen, Rot = Nein)
	Einsatzhäufigkeit und Verbreitung	Verbreitung in Deutschland	Wie ist der Verbreitungsgrad der Technologie in Deutschland einzuschätzen? (Grün = hoch, Gelb = mittel, Grün = niedrig)
	Umrüstaufwand und Integration	Technology Readiness Level	Wie weit ist die Technologie entwickelt? (Grün = TRL 7-9 Gelb = TRL 4-6, Rot = 1-3)
	Umrüstaufwand und Integration	Umrüstaufwand zur nachträglichen Integration	Wie wird der Aufwand zur Befähigung der Anlage eingeschätzt? (Grün = niedrig ,Gelb = mittel, Grün = noch)
Ressourcenstärke	Übertragbarkeit	Übertragbarkeit	Wie gut lässt sich eine Lösung zur Flexibilisierung dieser Anlage auf andere Anlagen übertragen? (Grün = Technologien sind immer ähnlich aufgebaut, Lösungen sind also übertragbar, Gelb = Keine Aussage möglich, Rot = Sehr Prozessspezifisch bzw. standortspezifisch)
	Wirtschaftlichkeit	Spezifische Speicherkosten	Wie hoch sind die spezifischen Speicherkosten (Grün = niedrig , Gelb = mittel, Rot = hoch)
		Spezifische Platzbedarf	Wie groß ist die volumetrische Speicherdichte (Grün = Hoch, Gelb = Mittel, Rot = Niedrig)
		Speicherverluste	Wie groß ist die Verlustleistung über die Zeit? (Standverluste, Grün = Langzeitspeicher Gelb = Stundenspeicher, Rot = Kurzzeitspeicher)

Entwicklungstendenz

Forschungsprojekt:

DYNASTORE (2003); Entwicklung von Siemens für Smart Grids

Zusammenfassung genereller Vor- und Nachteile

Vorteile

hohe Dynamik
je nach Bauweise nahezu wartungsfreier Betrieb und sehr guter Wirkungsgrad

Nachteile

i.d.R. nur sehr kurze Einsatzzeit (Sekunden bis Minuten)

Anwendungsbeispiele

Schwungradspeicher zur Erzeugung des Plasmas für Fusionsreaktor am Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching

Literaturverzeichnis

Lang, J. (2003): Kinetische Speicherung von Elektrizität. Fachinformationszentrum Karlsruhe