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Zyklenwirkungsgrad

Definition: der Anteil der eingespeicherten Energie, der einem Speicher später wieder entnommen werden kann

Allgemeinere Begriffe: Wirkungsgrad

Englisch: cycle efficiency

Kategorie: Energiespeicherung

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Erstellung: 16.04.2022

URL: https://www.energie-lexikon.info/zyklenwirkungsgrad.html

Es gibt diverse Arten von elektrischen Energiespeichern, die also elektrische Energie aufnehmen und zu anderen Zeiten wieder abgeben können. Hierbei gibt es immer mehr oder weniger große Energieverluste. Quantifiziert werden diese meist über den Zyklenwirkungsgrad; dieser gibt an, welcher Prozentsatz der eingespeicherten Energie beim Entladen wieder verfügbar ist. Er ergibt sich aus dem Produkt von Wirkungsgraden für einzelne Prozessschritte, bei denen jeweils Energieverluste auftreten.

Beispiele für Zyklenwirkungsgrade

Die folgenden Daten sind typische Werte für bestimmte Speichertechnologien, die im Einzelfall aber durchaus auch deutlich über- oder unterschritten werden können:

  • Bei Pumpspeicherkraftwerken liegt der Zyklenwirkungsgrad meist in der Gegend von 75 %. Dies ist vor allem bedingt durch hydraulische Verluste (Entstehung von Wasserwirbeln), zu einem geringeren Maße durch elektrische Verluste in Elektromotor für die Pumpe und Generator an der Wasserturbine.
  • Manche Arten von Batterien (insbesondere Lithium-Batterien) erreichen hohe Zyklenwirkungsgrade von rund 90 %.
  • Bei der Energiespeicherung mit Wasserstoff, der durch Elektrolyse erzeugt und mit Brennstoffzellen wieder verstromt wird, kann der Zyklenwirkungsgrad im Prinzip Werte oberhalb von 50 % erreichen, in der Praxis aber häufig deutlich weniger. Sowohl die Elektrolyseure als auch die Brennstoffzellen weisen erhebliche Energieverluste auf. Gerade für den Einsatz in Energiespeichern müssen Sie nicht nur für niedrigene Energieverluste optimiert werden, sondern auch für möglichst niedrige Investitionskosten, was leider einen Zielkonflikt erzeugt.
  • Eine andere Variante fügt der Erzeugung von Wasserstoff noch die Methanisierung hinzu, um synthetisches Erdgas zu erhalten. Dieses kann dann beispielsweise auch in Gaskraftwerken auf der Basis von Gasturbinen verwendet werden, die viel niedrigere spezifische Investitionskosten aufweisen. Leider ist hier der Zyklenwirkungsgrad erheblich geringer – unter Umständen niedriger als 30 %.

Wichtige Einflüsse

Die erreichten Zyklenwirkungsgrade hängen hauptsächlich von der eingesetzten Speichertechnologie ab, teils aber auch noch von den Betriebsbedingungen:

  • Manchmal gibt es zusätzliche Verluste bei einer langen Speicherdauer, etwa durch Verdunstung oder Versickerung von gespeichertem Wasser oder durch elektrochemische Vorgänge in Batterien.
  • Die Energieverluste können auch deutlich davon abhängen, mit welcher Leistung das Einspeichern und die Entladung durchgeführt werden. Beispielsweise ist bei Batterien eine nicht allzu schnelle Einspeicherung und Entladung vorteilhaft, übrigens auch für die Lebensdauer.

Bedeutung des Zyklenwirkungsgrads

Energieverluste bei Speichern sind natürlich immer unerwünscht, aber nicht in allen Einsatzbereichen gleich schädlich:

  • Eine weniger große Rolle spielen sie bei Speichern, die entweder recht klein sind (z. B. Kleinbatterien für Geräte) oder nicht allzu oft geladen und wieder entladen werden – z. B. bei saisonalen Energiespeichern. Dort sind die spezifischen Investitionskosten meist wesentlich wichtiger.
  • Insbesondere wenn Speicher sonst kaum nutzbare Energieüberschüsse aufnehmen (etwa bei der Rekuperation in Fahrzeugen), werden gewisse Energieverluste mangels praktikabler Alternative eher in Kauf genommen.
  • Dagegen sind Energieverluste besonders schädlich bei häufig eingesetzten Speichern, beispielsweise bei viel benutzten Elektroautos oder bei Solarstromspeichern.

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Siehe auch: Energiespeicher, Wirkungsgrad
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