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Hochhäuser in Batterien verwandeln

Da die Kosten für die Erzeugung erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie rapide sinken, besteht ein wachsender Bedarf an Energiespeichertechnologien, um sicherzustellen, dass Stromangebot und -nachfrage im Gleichgewicht sind.

Forscher des IIASA haben ein neues Energiespeicherkonzept entwickelt, das hohe Gebäude in Batterien verwandeln könnte, um die Stromqualität in städtischen Gebieten zu verbessern.

Die weltweite Kapazität zur Erzeugung von Strom aus Sonnenkollektoren, Windturbinen und anderen erneuerbaren Technologien hat in den letzten Jahren stetig zugenommen, und es wird erwartet, dass die weltweite Kapazität zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien bis 2026 um mehr als 60 % gegenüber dem Stand von 2020 steigen wird. Dies entspricht der derzeitigen weltweiten Gesamtkapazität für fossile Brennstoffe und Kernenergie zusammen. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur werden die erneuerbaren Energien bis 2026 fast 95% des Anstiegs der weltweiten Stromerzeugungskapazität ausmachen, wobei mehr als die Hälfte auf die Photovoltaik entfällt. Der Übergang zu einer kohlenstoffarmen oder -freien Gesellschaft erfordert jedoch innovative Lösungen und eine andere Art der Energiespeicherung und des Energieverbrauchs als die traditionellen Energiesysteme.

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© IIASA | iiasa.ac.at | Lift Energy Storage Technology (LEST) (a) Systemkomponenten, (b) unverändertes und (c) vollständig aufgeladenes Gebäude, (d) Betrieb mit Energiespeicherung, (e) Stromerzeugung oder (f) Hilfsdienstmodus. | Zum Vergrößern anklicken.

In ihrer in der Zeitschrift Energy veröffentlichten Studie schlagen die Forscher des IIASA eine neuartige, auf Schwerkraft basierende Speicherlösung vor, die Aufzüge und leere Wohnungen in hohen Gebäuden zur Energiespeicherung nutzt. Diese originelle Idee, die die Autoren Lift Energy Storage Technology (LEST) nennen, speichert Energie durch das Anheben von nassen Sandbehältern oder anderen Materialien mit hoher Dichte, die mit autonomen Anhängern ferngesteuert in einen Aufzug hinein und wieder heraus transportiert werden. LEST ist eine interessante Option, da Aufzüge bereits in Hochhäusern installiert sind, was bedeutet, dass keine zusätzlichen Investitionen oder Platzbedarf erforderlich sind, sondern dass das, was bereits vorhanden ist, auf andere Weise genutzt wird, um einen Mehrwert für das Stromnetz und den Gebäudeeigentümer zu schaffen.

„Ich war schon immer von Themen fasziniert, die mit potenzieller Energie zu tun haben, d. h. mit der Erzeugung von Energie durch Höhenunterschiede, wie Wasserkraft, Pumpspeicherung, Auftrieb und Schwerkraftspeicherung. Das Konzept der Schwerkraftspeicherung hat in letzter Zeit auch in der wissenschaftlichen Gemeinschaft und bei Start-ups große Aufmerksamkeit erregt. Das Konzept von LEST kam mir in den Sinn, nachdem ich seit meinem Umzug in eine Wohnung im 14. Stock viel Zeit damit verbracht hatte, mit dem Aufzug auf und ab zu fahren“, erklärt der Hauptautor Julian Hunt, Forscher in der IIASA-Forschungsgruppe für nachhaltige Dienstleistungssysteme.

Nach Ansicht der Autoren sind die Kosten für die Energiekapazität die größte Herausforderung, um eine Lösung zur Speicherung von Schwerkraftenergie rentabel zu machen. Der wichtigste Vorteil von LEST ist, dass die Energiekapazität bereits in Aufzügen mit regenerativen Bremssystemen installiert ist. Weltweit sind mehr als 18 Millionen Aufzüge in Betrieb, und viele von ihnen verbringen einen beträchtlichen Teil der Zeit im Stillstand. Die Idee ist, dass die Aufzüge in der Zeit, in der sie nicht zur Personenbeförderung genutzt werden, zur Speicherung oder Erzeugung von Strom verwendet werden können.

Wie bei jedem neuen System gibt es noch einige Details, die weiter verfeinert werden müssen, bevor das System zum Einsatz kommen kann. Dazu gehört die Suche nach einem Raum, in dem die Gewichte, auf die das System angewiesen ist, im oberen Teil des Gebäudes gelagert werden können, wenn das System voll aufgeladen ist, und im unteren Teil des Gebäudes, wenn das System entladen ist. Leere Wohnungen oder Flure könnten in dieser Hinsicht eine praktikable Option sein. Eine weitere Überlegung betrifft die Deckentragfähigkeit bestehender Gebäude, in denen das System installiert wird, d. h. die Gesamtmasse in Kilogramm pro Quadratmeter, die die Decke tragen kann, ohne zusammenzubrechen. Die Möglichkeit, Energie dort zu speichern, wo der meiste Strom verbraucht wird, z. B. in Städten, wird dem Energienetz jedoch sehr zugute kommen, und LEST kann erschwingliche und dezentralisierte Hilfsdienste bereitstellen, die wiederum die Stromqualität in einem städtischen Umfeld verbessern könnten.

„Umweltfreundliche und flexible Speichertechnologien wie LEST werden in einer Zukunft, in der ein großer Teil des Stroms aus erneuerbaren Energien stammt, für die Gesellschaft immer wertvoller werden. Daher müssen die politischen Entscheidungsträger und die Regulierungsbehörden für das Stromnetz Strategien entwickeln, um Anreize für die Endverbraucher, in diesem Fall Hochhäuser, zu schaffen, damit sie ihre dezentralen Speicherressourcen, wie z. B. LEST, gemeinsam mit dem zentralen Netz nutzen. Die koordinierte Nutzung solcher dezentraler Ressourcen verringert den Bedarf an Investitionen in große zentrale Speichersysteme“, schließt Behnam Zakeri, Mitautor der Studie und Forscher in der IIASA-Forschungsgruppe für integrierte Bewertung und Klimawandel.

  • Hunt, J.D., Nascimento, A., Zakeri, B., Jurasz, J., Dąbek, P.B., Franco Barbosa, P.S., Brandão, R., José de Castro, N., Filho, W.L., Riahi, K. (2022). Lift Energy Storage Technology: A solution for decentralized urban energy storage, Energy DOI: 10.1016/j.energy.2022.124102
Quelle

International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) 2022 | Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)

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