Das eigene Pumpspeicherkraftwerk

ipax · Anmeldungsdatum: 30.08.2005 Beiträge: 3 Wohnort: Rostock

Hallo,

leider hatte ich während meins Studiums wenig Zeit für meine Hobbies und entsprechend sind bei mir viele physikalische Grundkenntnisse verlorengegangen. Ich hoffe, ihr könnt mir helfen, diese anhand eines praktischen Beispiels aufzufrischen.

Eine meiner neueren Ideen zur Speicherung der erzeugten Energie aus regenerativen Energiequellen ist die als potenzielle Energie.

Grundsätzlich soll auf einem Grundstück ein wie auch immer aussehendes Gebäude stehen, dass mit Hilfe von Sonnen- und Windenergie Strom erzeugt. Aus einem unteren Becken soll damit mit einer möglichst wirkungsvollen Pumpe Wasser in ein oberes Becken gepumpt werden. Das Wasser hat jetzt die potenzielle Energie, welche bei Bedarf über eine Turbine und den Generator in Strom umgewandelt werden kann.

Die Idee dabei ist, dass der Energiespeicher nicht den chemischen Beschränkungen, wie aktuell bei Akkumulatoren oder der Speicherung als Wasserstoff, unterliegt.

Folgende Informationen habe ich bereits gesammelt:

- Der durchschnittliche Stromverbrauch in Deutschland liegt bei ca. 4000kWh/a für eine 4-köpfige Familie.
- Der Wirkungsgrad von existierenden Pumpspeicherkraftwerken im Gebirge soll bis zu 80% betragen (abhängig von den Randbedingungen).
- Ich habe von Turbinenwirkungsgraden von max. 90% und Pumpenwirkungsgraden von max 45% im Internet gelesen, kann mir daher den hohen Wert nicht erklären.
- Die Turbine müsste für den Maximalverbrauch ausgelegt werden, um Verbrauchsspitzen abfangen zu können. Bei Überproduktion könnte der Reststrom das Wasser wieder hochpumpen. Da mir das technische Know-How fehlt, bin ich mir aber bei der Machbarkeit nicht sicher.
- Für eine realistische Höhe eines solchen Bauwerks halte ich 20-30m, damit ist auch viel Platz für die Solaranlagen auf der Südseite und hoch gelegene kleine Windkraftanlagen. Das Wasser kann vom Regen gesammelt werden und bei Überschuss als Nutzwasser verbraucht werden.
- Weitere Infos werden in der Disskussion hinzukommen, hoffe ich.

Es wäre klasse, wenn ihr Ideen, Ergänzungen und Berechnungen(Formeln) hättet, die bei der Konzeption eines solchen Projektes helfen können. Besonders interessant finde ich zum Beispiel, welche Größe die Becken haben müssten, um eine kontinuierliche Versorgung sichern zu können. Leider habe ich bis jetzt noch keine Vorstellungen davon.

Vielleicht kann daraus auch mal für den einen oder anderen interessierten Schüler/Studenten eine Projektarbeit werden. Mein Studium ist ja bereits beendet.

Gruß

Ipax

ipax · Anmeldungsdatum: 30.08.2005 Beiträge: 3 Wohnort: Rostock

Ein paar Links dazu habe ich auch noch:

http://de.freepedia.org/Pumpspeicherwerk.html
http://www.neue-energie-technik.net/wasserkraftwerke/
http://www.elzaco.cz/de_mikrozdroj.html
http://www.codeso.com/MCHE1G.html
http://energie1.physik.uni-heidelberg.de/vrlsg/data/kap6/mech_s.htm

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

hmh nur damit ich das verstehe: Du willst aber jetzt nicht so ein Pumpwerk dir hinstellen? oO
Wenn es dir nur um die Idealisierte Umsetzbarkeit geht, könnte man dir mit recht einfachen Methoden weiterhelfen.

Wir schauen uns an wieviel Energie deine Solarkraftwerke liefern müssen, um den Bedarf von 4000kWh zu decken.

10% gehen bei der Turbine flöten, es muss also eine Potentielle Energie von 4444,4 kWh oben am Berg vorhanden sein. Nochmal 55% gehen beim Hochpumpen drauf, deine Solarkraftwerke müssen also 9876,5 kWh liefern. (darin ist jetzt nicht der Wirkunsgrad der Kraftwerke eingerechnet, der laut Wiki maximal bei 24,7 % liegt, es sieht also nicht so gut aus für dich^^

Jetzt haben wir die Energie in Stunden, wir brauchen sie aber in Sekunden, also fix durch 60 geteilt und wir kommen auf 164600Ws. Die Formel ist ja recht einfach für das Pumen und wieder runterkommen, nämlich

In deinem Fall heisst es

Das müsste die Masse des Wassers sein, die sekündlich herunterkommt um die benötigten 4000kWh zu erzeugen. Ich komme da auf 838l, die da in der Gegend Pro Sekunde herumgepumpt werden müssen. Wahrscheinlich habe ich mich irgendwo verrechnet, aber auch so ist es doch recht eindeutig. Du musst mehr als das Doppelte an Energie aufbringen, bei der spezifischen Leistung von Solarzellen brauchst du 1028,7m² um die zu "erzeugen" Also das Vorhaben stirbt wohl am ehesten am Energieverbrauch, als an der technischen Umsetzbarkeit.

hoffe geholfen zu haben Augenzwinkern

bishop

ipax · Anmeldungsdatum: 30.08.2005 Beiträge: 3 Wohnort: Rostock

Hi bishop,

danke für die Antwort.

Die ca. 4000 kWh/a sind der Energiebedarf für ein _Jahr_. Es gibt natürlich Schwankungen im Verbrauch über den Tag, die sollen jedoch über eine entsprechende Trubine abgedeckt werden können.

Auch heute gibt es schon Häuser, die sich weitgehend mit Strom aus regenerativen Energiequellen selbstversorgen könnten, wenn da nicht das Speicherproblem wäre. Die Idee ist tatsächlich, auf einem Grundstück ein künstliches Pumpspeicherwerk zu errichten, da ich _vermute_, dass langfristig die Speicherung in einem Pumpspeicherwerk kostengünstiger als in Form von Wasserstoff würde (Anschaffungskosten und Betriebskosten/Wartung). Zudem wird dabei noch ohne erhebliche zusätzliche Kosten ein Regenwasserspeicher mit gutem Druck bereitgestellt, um den größten Wasserbedarf im Haus zu decken.

Die Frage ist demnach weiterhin, wie ein solches oberes Becken dimensioniert sein müsste, um z.B. den Energiebedarf für 2 Tage decken zu können, an denen weder Sonne scheint, noch Wind weht. Ich werde weiter versuchen, eine Formelsammlung zusammen zu stellen, um alles dazu benötigte auszurechnen.

Falls es dich interessiert: www.windwandler.de
Die Windkraftanlagen sind leise und werden Baurechtlich wie Satellitenschüsseln behandelt. 3 Stk davon sollten je nach Windverhältnissen etwa den Jahresbedarf an Strom decken, wenn dieser irgendwie gespeichert werden könnte.

Gruß ipax

dachdecker2

Hier gehts es ja um einen Relativ Kleinen Maßstab, wie mir scheint.

Wenn du überlegst, wieviel Aufwand du betrieben müsstest, um eine Tagesration Energie zu speichern, würde ich sagen, dass du mit Batterien auf jeden Fall viel billiger kommst. 1500 AH (mal 12 V = 18 kWh) hab ich grad für unter 3000$ gesehen. Du brauchst dann keine Wasserpumpe und keine große Turbine mehr und auch keinen Vorratsbehälter (je ein Stockwerk für unteres und oberes Reservoir reicht wahrscheinlich nicht aus) - nur einen großen Wechselrichter (da könnten mehrere nötig sein, ich hab nur 5,5 kW für 4000$ gefunden - je nach Spitzenlast).

Übrigens haben Baterie und Wechselrichter wahrscheinlich keinen schlechteren Wirkungsgrad als Turbine und Pumpe. Im großen Maßstab bietet sich eher die chemische Speicherung der Energie in Methan oder Methanol an - die Energiedichte ist dann viel höher als bei Batterien (Wasserstoff ist wegen der kleinen Energiedichte für viele Anwendungen zu ungünstig).