Speichern potentieller Energie (zum Bsp. in Wasser)

Überall dort, wo die Natur von sich aus große Höhendifferenzen anbietet, ist das Speichern von potentieller Energie kostengünstig realisierbar. Hubarbeit ist bekanntlich  W hub = m · g · h = Masse · Erdbeschleunigung · Höhe

Rechenbsp.: Pro 10 Meter Hubhöhe (und g ≈ 10 m/s²) braucht man für W hub = 1kWh = 3.6·10 6 Joule ein Volumen von 36m³ Wasser. Das ist kein wirklich kleines Volumen, und es lohnt erst, wenn die Natur von sich aus ordentlich Höhenunterschiede anbietet, wie das zum Beispiel bei Stauseen in den Bergen der Fall ist. (hübsche Bilder: https://de.wikipedia.org/wiki/Stausee)

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Standardmäßig fertig kaufen kann man Wasserpumpen mit Wirkungsgraden von oberhalb 90 % erst im Megawatt-Bereich.
siehe:
 
Pumpen für kleinere Leistungen muß man ggf. selbst konstruieren und bauen. Wenn man das Wasser direkt mit einem Kolben hebt, verrichtet man nur Hubarbeit und sonst leldiglich ein Minimum an Reibung und Verlusten.
Eine alternative Bauweise für Pumpen zu entwickeln mit einem wirklich sehr guten Wirkungsgrad (bei fast 100%) ist kein ernsthaftes Problem.
Zur Rück-Konversion der potentiellen Energie des Wassers in Bewegungsenergie und/oder elektrische Energie verwendet man sinnvollerweise nicht Wasserturbinen nach Art von Schiffsschrauben, weil an diesen immer ein merklicher Wasserstrom ungenutzt vorbei fließt.
Den optimalen Wirkungsgrad erhält man, wenn das herabfließende Wasser wirklich seine komplette potentielle Energie in Bewegungsenergie umsetzt. Dann tritt nämlich nur die Reibung als mechanischer Verlust auf und die elektrische Energie im Stromgenerator.
Ähnliche Konstruktionen, deren Wirkungsgrad wesentlich besser ist, als der Wirkungsgrad moderner Wasserturbinen, gab es schon vor einigen Jahrhunderten.

Grobe Kostenabschätzung – nur um eine Größenordnung zu finden:

Recherchiert man im Internet, so findet man als Preis für den Kauf einer Lichtmaschine ungefähr 200 €, bei einer Leistung von 1 kW. Bei größeren Geräten steigt der Preis natürlich weniger als linear mit der Leistung an, sodaß man ca. 10 kW im Bereich von 500 … 1000 € bekommen kann. Nimmt man (willkürlich, aber pessimistisch) an, dass eine Wasserpumpe (zu Heben das Wasser) preislich vergleichbar liegt wie die Lichtmaschine, und alle weiteren Komponenten nochmals, dann kommen wir auf vielleicht 2000 € … 3000 € für eine 10 kW-Anlage (Leistung). Dies bezieht sich aber nur auf die Leistung, als auf die pro Zeit wandelbare Energie, nicht auf die Speicherkapazität der Energiespeicher. Selbst wenn man die Kosten für die Wasserpumpe und den Stromgenerator deutlich höher ansetzen würde, wäre das im Falle großer Energiespeicher überhaupt kein Problem, weil wir hier über die Kosten pro Leistung sprechen, die unabhängig von der Größe des Wasserbeckens ist; letztere bestimmt die Kosten des Energiespeichers (in kWh).

Für die Speicherkapazität entscheidend ist der Wasserspeicher und dessen Größe. Hier kommt, wie gesagt, der kritische Aspekt: Wasserspeicher als Energiespeicher funktionieren immer genau dann (und nur dann) wenn die Natur uns eine ordentliche Höhendifferenz (kostenlos) zur Verfügung stellt, und man nur mit einem Bagger die Wasser-Behältnisse herstellen braucht. Das ist die entscheidende Randbedingung, die die Speicherung von Energie vermittels der potentiellen Energie von Wassers unter Umständen extrem kostengünstig machen kann, ggf. weit unter 100 € pro kWh, sofern man an einer günstigen Stelle in der Landschaft bauen kann.

Die Umrechnung des Preises in Cent pro Kilowattstunde (siehe oben) ergibt natürlich traumhaft günstige Werte, weil die Lebensdauer nicht durch eine Zahl von Zyklen begrenzt ist. Wegen der unbegrenzten Lebensdauer würde sich somit also ein Energie-Speicherpreis in Cent pro Kilowattstunde ergeben, der im Grenzwert gegen Null geht.

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