Aufgaben: Energiespeicherung und Verfügbarkeit

Nenne drei Möglichkeiten, elektrische Energie zu speichern.

Warum liefern Photovoltaikanlagen nachts keinen Strom?

Was ist ein Pumpspeicherkraftwerk? Beschreibe die Funktionsweise kurz.

Ein Pumpspeicherkraftwerk pumpt mit $100\ \text{MWh}$ Strom Wasser nach oben und gewinnt später $75\ \text{MWh}$ zurück.

1. a) Berechne den Wirkungsgrad.

1. b) Wohin gehen die restlichen $25\ \text{MWh}$?

Ein Haushalt hat einen Heimspeicher mit $8{,}0\ \text{kWh}$ Kapazität. Der Haushalt verbraucht abends $3{,}2\ \text{kWh}$.

1. a) Wie viel Prozent der Kapazität werden benötigt?

1. b) Wie lange reicht der volle Speicher bei einer mittleren Leistung von $400\ \text{W}$?

An einem windarmen, bewölkten Wintertag liefern Wind- und Solaranlagen kaum Strom („Dunkelflaute“).

1. a) Erkläre, warum das ein Problem für die Stromversorgung ist.

1. b) Nenne zwei Lösungsansätze.

Ein Windpark erzeugt an einem Tag mit Starkwind mehr Strom, als verbraucht wird. Vergleiche Pumpspeicher, Batteriespeicher und Power-to-Gas hinsichtlich Wirkungsgrad, Speicherdauer und Kosten, und empfiehl begründet eine Lösung für die Speicherung über mehrere Wochen.

Ein Stausee mit Fläche $1{,}0\ \text{km}^2$ kann um $5{,}0\ \text{m}$ abgesenkt werden. Die mittlere Fallhöhe beträgt $200\ \text{m}$. Verwende $g=10\ \text{m/s}^2$ und $\rho_\text{Wasser}=1000\ \text{kg/m}^3$.

1. a) Berechne die Wassermasse und die gespeicherte Energie in kWh.

1. b) Wie lange könnte ein Kraftwerk mit $100\ \text{MW}$ damit Strom liefern (ohne Verluste)?

An einem Tag liefert eine Photovoltaikanlage die Leistung (in kW) $0$ (0–6 Uhr), $4$ (6–12 Uhr), $6$ (12–18 Uhr), $0$ (18–24 Uhr). Der Haushalt benötigt konstant $1{,}0\ \text{kW}$.

1. a) Berechne Erzeugung und Verbrauch des Tages.

1. b) Welche Speicherkapazität wäre nötig, um die Nacht (18–6 Uhr, keine Erzeugung) zu überbrücken? Verluste werden vernachlässigt.

1. c) Beurteile, ob ein Speicher von $10\ \text{kWh}$ sinnvoll ist.