Der Ausbau von Windkraft- und Solaranlagen wird mit Hochdruck vorangetrieben. Und damit das Stromsystem auch in Zukunft sicher und flexibel bleibt, sind neben dem Netzausbau auch leistungsfähige Speicherlösungen notwendig. Denn wenn mehr grüner Strom erzeugt als aktuell benötigt wird, greifen Netzbetreiber ein und nehmen Wind- und Photovoltaikanlagen vom Netz. Sie stabilisieren so das Stromnetz und sorgen für einen Ausgleich zwischen Erzeugung und Nachfrage. Aber es geht auch grüne Energie verloren. Mit einer ausreichenden Anzahl von Speichern könnten Netzbetreiber Windkraft- und Photovoltaikanlagen bei temporär zu hoher Stromproduktion häufiger am Netz lassen. "Überproduzierter" Strom würde einfach "eingelagert“ und bei Bedarf aufgebraucht werden.
Solarstrom aus Photovoltaik-Anlagen kann und muss effizient gespeichert werden, denn die Sonne scheint nicht 24 Stunden am Tag. Doch mittags gibt es Solarstrom im Überfluss, wenn nur eine geringe Nutzung der Elektrizität vorhanden ist, sodass die öffentlichen Stromnetze schon an ihre Grenzen stoßen können. Batteriespeicher und passende Energiemanagement-Systeme bieten hier einen effizienten Lösungsansatz. Zu den besonders leistungsstarken Kurzzeitspeichern zählen Batterien.

Die sonnenBatterie – unsere Stromspeicherlösung für Ihr Zuhause
sonnen GmbH

Stromspeicher kaufen fürs Haus 2022: Leitfaden & Testsieger
Patrick Jüttemann, Klein-Windkraftanlagen.com

Lithium-Ionen- oder Blei-Batterien?
Batteriespeichersysteme bestehen im Grunde genommen aus zwei Teilen: Batterie und Wechselrichter bzw. Laderegler. Auf dem Markt spielen Lithium-Ionen- und Blei-Gel die größte Rolle. Beide Technologien haben Vorteile. Blei-Batteriesysteme sind lang erprobt und Lithium-Batterie-Systeme sind noch relativ neu und deutlich teurer. Dafür bieten diese jedoch langfristig mehr Ladezyklen, sie haben also eine längere Lebensdauer. Mittlerweile spielt Blei-Gel kaum noch eine Rolle auf dem Markt, Lithium-Ionen-Technik hat sich durchgesetzt und die Preise sind drastisch gesunken.
Batteriespeicher gibt es in verschiedenen Größen:
• Kleinere stationäre Speicher: Diese werden oft mit Photovoltaikanlagen (PV-Heimspeicher) kombiniert und helfen, den selbst erzeugten Strom effizienter zu nutzen und bis in die Abendstunden zu speichern.
• Großbatteriespeicher: Sie funktionieren wie ihre kleinen Verwandten, können aber mehrere Megawatt auf einmal speichern. Diese größeren Anlagen gleichen, ähnlich wie Pumpspeicherkraftwerke, kurzfristige Schwankungen im Stromnetz aus. Sie werden auch im Intraday-Handel (kontinuierlichen Kauf und Verkauf von Strom) oder zur Frequenzstabilisierung eingesetzt.

Wissenswertes über Stromspeicher
AE-Tec Alternative Energietechnik
Stromspeicher: Grüner Strom rund um die Uhr
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Wann lohnt sich ein Stromspeicher für PV-Anlagen?
Energie-Experten - Greenhouse Media GmbH.
Stromspeicher für PV-Anlagen: Kosten, Größe & Testsieger
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Stromspeicher-Inspektion 2024
Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin

Superkondensatoren
Superkondensatoren (Ultrakondensatoren, Supercaps) sind elektrochemische Energiespeicher, die im Gegensatz zu Batterien keine chemischen Reaktionen benötigen, um Energie zu speichern. Stattdessen machen sie sich die physikalischen Eigenschaften von Elektrizität und Magnetismus zunutze. Sie nutzen physikalische Prozesse in sogenannten Doppelschicht-Kondensatoren (EDLC). Sie sind besonders leistungsfähige Kondensatoren, die Energie blitzschnell speichern und wieder abgeben können. Dadurch sind sie ideal für Anwendungen, die eine schnelle Energieabgabe erfordern, zum Beispiel bei Spannungsschwankungen im Stromnetz. Obwohl sie weniger Energie speichern als Batterien, punkten sie mit hoher Leistungsdichte und langer Lebensdauer.
Der Einsatz von Superkondensatoren ist zwar noch Zukunftsmusik, aber die Forschung macht große Fortschritte. Schon bald könnten sie eine wichtige Rolle in der Energieversorgung spielen. Ein faszinierendes Beispiel kommt vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Dort wurden umweltfreundliche Superkondensatoren aus Zement und Wasser entwickelt. Diese könnten direkt in Betonstrukturen integriert werden und so eine nachhaltige Energiespeicherung in Gebäuden und Straßen ermöglichen.

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in batteriebetriebenen Anwendungen
Felix Corbett, TTI, Inc.

Superkondensator
Beim Laden des Superkondensators werden die positiven Ionen des Elektrolyten von der mit Aktivkohle beschichteten negativen Platte und die negativen Ionen von der positiven Platte angezogen. Während der Entladung entfernen sich die Ionen von der Oberfläche des Kohlenstoffs, da die Elektronen von der negativen Platte durch den Lastwiderstand zur positiven Platte zirkulieren, wodurch beide Platten zunehmend neutral werden und die Ionen nicht mehr anziehen, wodurch sie sich von der Kohle entfernen sich wieder miteinander verbinden.

Schematische Synthese des Ladens des Superkondensators aus einer Batterie und des Entladens über einen Lastwiderstand. Im Bild links lädt sich der Superkondensator auf und die Ionen nähern sich den Elektroden. Im mittleren Bild wird die Batterie geladen und im rechten Bild entlädt sich die Batterie über den Widerstand und die Ionen entfernen sich von den Elektroden.

Superkondensatoren
Jorge Ignacio Andreotti

SUNSYS HES-Systeme sind eine Outdoor-Lösung für die netzgekoppelte Energiespeicherung sowohl auf der Erzeugungsseite als auch auf der Verteilungsseite. Die Systeme unterstützen spezifische Anwendungen wie die Optimierung von PV-Erzeugung und Eigenverbrauch sowie Spitzenabdeckung und Notstromversorgung in Gewerbe, Industrie und Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge.
Die Systeme eignen sich ebenfalls für den Inselnetzbetrieb (off grid), wo eine Energiereserve bereitstellen oder Dieselgeneratoren als Stromquelle ersetzen. Außerdem können sie im Dualbetrieb durch die Netzkopplung mit Inselbildung die Resilienz von Smart Grids steigern.

Wenn die Energiewende gelingen soll, dann werden kostengünstige, leistungsfähige Stromspeicher benötigt, die den aus erneuerbaren Energiequellen gewonnenen Strom dezentral speichern können und bei Bedarf wieder abgeben. Eine Möglichkeit, neben den zentralen Speichern (z. B. Pumpspeicherwerk), sind neuentwickelte Sonnenbatterien (Akkus). Mit diesen können der selbst erzeugte Strom aus Photovoltaik- oder Kleinwindkraftanlagen, BHKW's, Mini-Wasserkraft- oder Biogasanlagen gespeichert werden.
Die Anlage kann in jedes Hausnetz mit 3-Phasen und 230 V Wechselspannung integrieren werden.
Sie basiert auf neuester Lithium-Technologie, die auch bei modernen Elektroautos zum Einsatz kommt. Alle Batteriezellen werden einzeln überwacht und gesteuert. Die Speicherkapazität der Sonnenbatterie reicht von 8 bis 17 kWh. Die zusätzliche Anreicherung mit Yttrium verlängert die Lebenszeit der Batteriezellen.

Wenn ein Stromspeicher geplant ist, dann sollte dieser eine zukunftsfähige Ausstattung haben, damit er bei einer Systemerweiterung flexibel ist. Ein Stromspeicher kann umfangreiche Aufgaben des Energiemanagements erfüllen, was aber davon abhängt, welche Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle das Gerät unterstützt. Wichtig ist auch, dass offene Standards und herstellerübergreifende Lösungen eingebunden werden können. Die Möglichkeit der modularen Erweiterung mit zusätzlichen Speicherblöcken sollte möglich sein.
Der Käufer eines Stromspeichers sollte überlegen, welche Aufgaben zur Zeit und in Zukunft anstehen:

• Anschluss einer Mini-PV-Anlage oder Photovoltaikanlage
• Anschluss einer Klein- bzw. Mikrowindkraftanlage
• Integration einer Wärmepumpe
• Wärmeerzeugung durch Solar- und Windstrom per Heizstab
• Integration einer Ladestation für ein E-Auto
• Steuerung von Heizungs- und Lüftungselementen
• Hausautomatisierung - Smart-Home (Sicherheitssystemen, Waschmaschine, Spülmaschine, Eisschrank)
• Teilnahme an zukünftigen Regelenergiemärkten

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Stromspeicher kaufen fürs Haus 2022: Leitfaden & Testsieger
Patrick Jüttemann, Klein-Windkraftanlagen.com

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E-Auto als Stromspeicher
Ein Stromspeicher ist eine sinnvolle Ergänzung zur PV-Anlage. Den grünen Sonnenstrom von der eigenen Photovoltaikanlage gibt es nur tagsüber, aber das Auto wird meistens nachts geladen. Also benötigt man einen Strom- bzw. Heimspeicher. In diesem wird die Solarenergie gespeichert und bei Bedarf später genutzt. Wichtig ist, dass der Stromspeicher auf die Wallbox abgestimmt ist.
Hier bietet sich ein Energiemanagement-System (EMS) an. Wenn man die Möglichkeit hat, das eigene E-Auto auch tagsüber zuhause zu "betanken", dann kann das Auto als Stromspeicher genutzt werden. Hierfür gibt es eigene Systeme, die im Haushalt gerade nicht benötigten Strom von der PV-Anlage in das Auto laden. Das System beobachtet etwaige PV-Überschüsse. Wenn die Wallbox eine Energiemanagement-Funktion hat, kann das EMS integrieren werden. Dieses erfasst die Ladeleistung der Ladestation digital und passt sie automatisch an die Auslastung in dem Energienetz an.

Der Akku des E-Autos muss nicht nur Strom aufnehmen, sondern auch abgeben und das Auto muss bei dem nächsten Start wieder voll einsatzfähig sein. Hier kommt die Technik des bidirektionalen Ladens (Vehicle-to-Grid [V2G[, Vehicle-to-Home [V2H]) zum Einsatz. Mit dieser Technik kann der gespeicherten Strom im Akku selbst genutzt werden und steigert den Eigenverbrauch.
Eine andere Mögkichkeit ist, den Akku (Stromspeicher) so zu nutzen, dass die überschüssige Energie gegen ein Entgelt zurück in das Stromnetz des Stromanbieters eingespeist wird. Das bidirektionale Laden über die Autoakkus als Stromspeicher könnten den Spitzenbedarf ideal abdecken.
Leider kann man zur Zeit noch nicht jedes Elektroauto als Stromspeicher zu nutzen. Trotzdem sollte das Auto mit einem CHAdeMO-Stecker ausgerüstet sein, damit das bidirektionale Laden überhaupt funktionieren kann. Diesen Stecker haben fast ausschließlich Fahrzeuge asiatischer Hersteller.

Wenn die beschriebenen Voraussetzungen vorhanden sind, hat das viele Vorteile:
• Die alternativ gewonnene Energie aus der Photovoltaikanlage und/oder Windkraftanlage kann zu 100 Prozent selbst genutzt werden.
• Mit jeder Kilowattstunde (kWh), die im Eigenverbrauch grenutzt wird, spart bares Geld.
• In Zeiten, in denen die Anlage nicht genügend Energie liefert, nimmt man einfach den Strom aus dem Autoakku. Das Elektroauto ist also ein Heimspeicher.
• Das macht auch von steigenden Strompreisen unabhängig.
• Wenn mehr Strom produziert wird, als verbraucht und gespeicht werden kann, kann gegen Bezahlung in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Quelle: Giuliano Fuchs, net4energy GmbH

Das Elektroauto als Stromspeicher fürs Haus:
So funktioniert bidirektionales Laden
Thomas Paulsen, Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e.V. (ADAC)
Die Autobatterie als Stromspeicher für zu Hause
Kai Rüsberg, Deutschlandfunk

Second Life Batterie
Als "Second Life" wird die "Wiederverwendung" von gebrauchten Akkumulatoren bezeichnet. Meist wird dies mit einer "Umwidmung" kombiniert, da die Batterien z. B. aus Elektrofahrzeugen stammen und im zweiten Leben in stationären Anlagen zur Speicherung elektrischer Energie eingesetzt werden.

Stromspeicher mit Gebraucht-Akkus
wattsup.de - Holzmann Medien GmbH & Co. KG
Second-Life-Batterien: Stromspeicher aus gebrauchten E-Auto-Akkus
EnBW Energie Baden-Württemberg AG
Gebrauchte Elektroauto-Batterie als Hausspeicher
elektroauto-news.net - SH Webdienstleistungsgesellschaft mbH

E-Auto-Batterie-Recycling
Wenn die Akkus für den Einsatz im Auto nicht mehr leistungsfähig genug sind, sind keineswegs wertlos. In der Regel haben sie dann nach mehreren Tausend Ladezyklen (je nach Akkutyp und Zellchemie) immer noch einen Energieinhalt von 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Es ist deshalb weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll, sie in diesem Zustand zu recyceln. Die Akkus können im sogenannten Second Life (zweites Leben) im stationären Betrieb weiterverwendet werden.
Bei den derzeitigen kostspieligen Recyclingverfahren lohnt sich eine Weiterverwendung der Batterien. Das gilt vor allem dann, wenn man mehrere von ihnen zu einem großen, stationären Stromspeicher zusammenschaltet. Der stationäre Betrieb hat den Vorteil, dass die Batterie weit weniger gestresst wird als im Auto mit seinen stetigen Beschleunigungs- und Rekuperationsphasen. Der stationäre Betrieb verläuft auch deutlich gleichmäßiger, und das Laden sowie Entladen erfolgt nur langsam, also deutlich schonender für die Batterie.
Aber irgendwann haben auch diese Batterien keine ausreichende Kapazität (<30 %) und werden dann End-of-Life-Batterien.

So sieht der Lebenszyklus einer E-Auto-Batterie aus
Elektroauto-Akkus: So funktioniert das Recycling
Wolfgang Rudschies, ADAC e. V.

Nicht mehr nutzbare End-of-Life-Batterien werden nicht einfach deponiert oder verbrannt, sondern recycelt. Die wichtigsten Methoden dafür sind:
• Einschmelzen: Dabei macht man sich die unterschiedlichen Schmelzpunkte der enthaltenen Metalle zu Nutze und verflüssigt sie so nacheinander.
• Schreddern und mechanisch bzw. chemisch trennen: Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nicht nur Metalle recycelt werden können, sondern z. B. auch Elektrolyte und Kunststoff.
Die in einem Akku enthaltenen Rohstoffe sind viel zu wertvoll, um sie ungenutzt zu lassen. Eine Antriebsbatterie enthält im Gehäuse zwar sehr viel Aluminium, Stahl und Kunststoffe, im Inneren aber auch Anteile an Lithium, Mangan, Kobalt, Nickel. und Kupfer.
In einem rund 400 kg schweren Lithium-Ionen-Akku mit 50 kWh Kapazität stecken aktuell etwa
8 kg Lithium | 12 kg Mangan | 9 kg Kobalt | 41 kg Nickel | 71 kg Grafit
Die Anteile an Metallen im Gehäuse betragen
22 kg Kupfer | 126 kg Aluminium | 3 kg Stahl
Dazu können 37 kg Elektrolyt und 21 kg Kunststoffe recycelt werden.

Kommt nun Bewegung ins Batterierecycling?
Circular Economy und circulareconomy.de

Das Recycling von Traktionsbatterien ist noch weitgehend ungeklärt. Bei Lithium-Ionen-Batterien kann allenfalls ein Teil der metallischen Rohstoffe recycelt werden. Mit der Batterieverordnung und dem Batteriepass versucht die EU nun, einen Prozess hin zu kompletter Wiederverwertung oder Wiederverwendung anzustoßen und zu beschleunigen.

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Die Verwertungsquote der Rohstoffe von Nutzfahrzeugbatterien
Neues Leben für alte Hochvolt-Batterien
TRATON SE

Die neue Europäische Batterieverordnung und Batteriegesetz ist am 17. August 2023 in Kraft getreten. Ziel der Verordnung ist es, die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu schützen sowie einen funktionierenden Wirtschaftskreislauf hinsichtlich der Rücknahme von Batterien, des Recyclings von Batterierohstoffen und deren Wiederverwertung zu befördern.
Die Eckpunkte der neuen EU-Batterie-Verordnung lauten:
• Die vorgeschriebene Wiederverwertungsquote für Batterien beträgt nicht mehr 50, sondern 90 Prozent.
• Neu produzierte Batterien müssen einen Mindestanteil von recyceltem Material enthalten. Die Quoten werden angehoben.

E-Auto-Batterierecycling – wie wird der Akku nach dem Tausch richtig entsorgt?
Helvetia Schweizerische Versicherungsgesellschaft AG
Lithium-Ionen-Akku Entsorgung - umweltgerecht und sicher mit RETRON
RETRON GmbH
Entsorgung von E-Autos: Wer trägt die Verantwortung?
REMONDIS Industrie Service GmbH & Co. KG
Entsorgung Hochvolt-Systeme
PRIOREC^® GMBH
Rechtliche Grundlagen der Entsorgung von Elektro-Altfahrzeugen
Regina Kohlmeyer, Umweltbundesamt

Tankstelle der Zukunft
Wenn sich die Anforderungen an die energetischen Bedingungen und an die Mobilität der Zukunft ändern, dann müssen sich auch die Tankstellen verändern, um nicht auszusterben. Da sie in der Regel auf kommunalen Grundstücken stehen und über Konzessionen an Mineralölkonzerne verpachtet sind, entscheiden auch die Städte über die Zukunft der Tankstellen. Die Frage ist, für welche Zukunft sich Städte, Konsumierende und Mineralölkonzerne entscheiden. Die Optionen bewegen sich zwischen den Dimensionen Energiesystem und Mobilitätssystem. Da gibt es fossile und postfossile Träger (inklusive Batterien und Wasserstoff) auf der einen Seite und fahrzeugbasierte Konzepte und Mobilitätsdienste auf der anderen.
Im postfossilen Zeitalter erfolgt die Energiegewinnung nicht mehr mithilfe fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) sondern stattdessen mit kohlenstofffreie und erneuerbaren Energiequellen (Sonnen-, Wind- und Wasserkraft, [Biomasse] sowie die Umgebungsenergie).

Übertragen auf eine Matrix lassen sich 4 relevante Transformationspfade abbilden, die wiederum zu 4 möglichen Szenarien für die Zukunft der Tankstellen führen.

Szenario 1: Tankstelle 2.0
Das Ausquetschen tradierter Prinzipien
Viele Tankstellenbetreibende werden versuchen, das aktuelle Geschäftsmodell so lange wie möglich in die Zukunft zu verlängern. In der Regel basiert dieses Modell auf dem Verkauf fossiler Kraftstoffe, ergänzt durch die profitablen Angebote des täglichen Bedarfs sowie die Autowäsche, abhängig von Lage und Kundenfrequenz. 60 % aller Kundenkontakte haben nichts mehr mit Kraftstoff zu tun. Aus dem Werkstattgeschäft werden sich diese Tankstellen zurückziehen, da der Trend in Richtung einer Zunahme gewerblich genutzter Fahrzeuge geht, die vertraglich an die Werkstätten der Betreiber und Anbieter gebunden sind.
Die Tankstelle 2.0 wird vereinzelt Ladestationen für Elektroautos anbieten, vor allem für eine Verlängerung der Reichweite. Deswegen werden sich diese Tankstellen auch nicht in Innenstädten finden, sondern vor allem am Stadtrand und im ländlichen Raum. Im besten Fall bieten sie Schnelllader, deren technische Ausstattung auf dem neuesten Stand ist – aufgrund der immensen Investitionen sind jedoch Normallader wahrscheinlicher. Die Tankstelle wird also zum erweiterten Straßenraum, in dem sich Vergangenheit und Zukunft – Verbrenner und innovative Antriebstechnologien – treffen. Trotz dieser leidvollen Symbiose werden Tankstellen 2.0 noch lange gebraucht. Der Übergang zur vollständigen Elektrifizierung wird eine lange Phase vielfältiger Antriebe sein.

Szenario 2: Ladepark
Radikaler Umbau auf das postfossile Portfolio
In diesem Szenario etablieren sich neben elektrischen Ladepunkten auch Wasserstoffinfrastrukturen. Da der Umbau teuer ist, werden nur die großen Erdölkonzerne beziehungsweise Ladeanbieter diesem Szenario folgen. Die rund 1.000 Wasserstofftankstellen, die Deutschland künftig benötigt, sind Teil einer Entwicklung in die Fläche. Ubitricity, einer der größten europäischen Anbieter für elektrische Ladeinfrastruktur im öffentlichen Raum, wurde Anfang 2021 von Shell übernommen – ein wichtiges Signal. Deutschlands größter Tankstellenbetreiber Aral will bis Ende 2021 an rund 120 Tankstellen Schnellladesäulen für Elektroautos anbieten: Insgesamt werden dabei 500 einzelne Ladepunkte mit einer Leistung von bis zu 350 Kilowatt zur Verfügung gestellt – damit können Elektroautos innerhalb von zehn Minuten genug Energie laden, um bis zu 350 Kilometer weit zu fahren.
Die Ladeparks der Antriebswende werden vor allem für gewerbliche Akteure sehr wichtig, da hier die technischen Bedingungen und Kapazitäten für schnelles Laden und Betanken mit Wasserstoff vorhanden sein werden. Carsharing-, Mietwagen oder Lieferflotten finden hier ihr energetisches Zuhause, sofern sie nicht eigene Infrastrukturen in ihren Verteilzentren aufbauen. Einkaufszentren, Freizeiteinrichtungen und Autohöfe werden bevorzugte Standorte an den Rändern der Städte sein. Daru¨ber hinaus werden Ladeparks vor allem in der Fläche, in peripheren Lagen benötigt, um die Reichweitenängste der Konsumierenden zu zerstreuen. Am dringendsten werden diese Tankstellen entlang der Autobahnen und Fernstraßen gebraucht, da hier der Schwerlastverkehr unterwegs ist, dessen nachhaltige Zukunft auf grünem Wasserstoff basiert

Szenario 3: Kiosk
Lokaler Gemischtwarenhandel für Energie, Post und Soziales
"Kiosk-Tankstellen" lösen sich sehr schnell von ihrer Tradition und spezialisieren sich auf soziale und kommunikative Angebote. Gern darf hier auch noch getankt werden, aber wohl eher, um dem Pachtvertrag Genu¨ge zu leisten, als damit Geschäfte zu machen. Mitten in der Stadt, wo Tanken keine große Rolle mehr spielt, fungieren Kioskbetreibende als Gemischtwarenhändler – und übernehmen damit eine wichtige soziale Funktion im Stadtteil. Investiert wird nicht ins Technische, sondern ins Soziale und Kulturelle, in das Ambiente. So entstehen Kulturräume, die die Stadt atmen lassen.
Das Tankstelle-goes-Kiosk-Konzept kann vieles sein: Trinkhalle, Späti, Bistro oder Drive-in, ausgestattet mit Waschanlage oder Bankomat, möglicherweise auch mit Mietwagenangebot. Eine wichtige Rolle werden Post- und Kurierdienste spielen, der Kiosk wird zum Zwischen- und Abhollager für Pakete aller Art. So bleibt die soziale Funktion der Tankstelle erhalten, während Dieselfahrzeuge und Benziner hier noch immer ihren Kraftstoff finden. Kiosk-Tankstellen sind Orte und Anbieter, die bereits im Quartier verwurzelt und in ihrer Angebotsvielfalt einzigartig sind. Sie übernehmen eine wichtige Funktion der Daseinsvorsorge, nicht nur in der Stadt, sondern auch auf dem Land – und werden gerade deswegen gefördert und gebraucht.

Szenario 4: Mobility Hub
Radikale Erneuerung des Geschäftsmodells
Der zentrale Faktor, der Tankstellen künftig attraktiv macht, ist ihre Lage. Als Tankstellen im herkömmlichen Sinne werden diese Orte aber nicht mehr benötigt – weshalb sie als solche auch immer weniger erkennbar sein werden. Vielmehr wandeln sie sich zu Mobilitätszentren, also zu Orten mit hoher Kundenfrequenz, die verschiedene Mobilitätsangebote bündeln, ergänzt durch Offerten und Informationen rund um die Themen Mobilität und Energie. Diese Knotenpunkte haben das Potenzial, die Elektrifizierung der städtischen Mobilität voranzutreiben – und gleichzeitig die Überlastung auf der letzten Meile zu verringern, die durch den Transport von Waren und Menschen verursacht wird.
Wie werden die Mobility Hubs von morgen aussehen? Sie werden Möglichkeiten zum Tauschen von Batterien bieten (für Mopeds und Scooter, vielleicht sogar für Autos) und Zugang zu Sharing-, Miet- und Abo-Modellen, im besten Fall kombiniert mit ÖPNV- und/oder Fernreiseoptionen. Gleichzeitig sind die Hubs Imbiss und Informationszentrale und differenzieren sich auch darüber aus, je nach Nachbarschaft und Klientel. Ladeinfrastrukturen gibt es hier nur für Sharing-Fahrzeuge, die von diesem Punkt aus wieder auf Fahrt gehen können. Das private Laden wird dagegen von Ladepunkten im öffentlichen Raum oder zu Hause übernommen. Quelle: Zukunftsinstitut GmbH

Der Batteriewechselprozess ist relativ unkompliziert. Wenn ein Elektrofahrzeug aufgeladen werden muss, fährt der Fahrer zu einer speziellen Batteriewechselstation (Power Swap Station) und parkt in einer dafür vorgesehenen Bucht. Ein Robotersystem entnimmt dann die leere Batterie aus dem Fahrzeug und ersetzt sie durch eine voll geladene. Der gesamte Vorgang kann in weniger als fünf Minuten abgeschlossen werden, sodass der Fahrer seine Fahrt mit minimaler Unterbrechung fortsetzen kann.
Zurzeit unterstützen leider erst einige Elektroautomodelle den Batteriewechsel und die Technologie ist noch nicht weit verbreitet. Mehrere Unternehmen arbeiten jedoch an der Entwicklung und Verbreitung dieser Technologie.

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Tankstellenkollaps: Wie sieht die Tankstelle der Zukunft aus?
Projektwerkstatt, Gesellschaft für kreative Ökonomie mbH
Treffpunkt Tankstelle der Zukunft – Energie & Freude tanken
Barbara E. Euler, RATIONAL Aktiengesellschaft

Batteriewechselstation - Power Swap Station

Zurzeit unterstützen einige Elektroautomodelle den Batteriewechsel, aber die Technologie ist noch nicht weit verbreitet. Mehrere Unternehmen arbeiten jedoch an der Entwicklung und Verbreitung dieser Technologie.

Die Zukunft der Elektrofahrzeuge: Nutzung der Batteriewechseltechnologie
PP Recruitment Holdings Limited, T/A Storm4
Batteriewechselstationen – Die Technik im Überblick
sp-x - Vogel Communications Group GmbH & Co. KG
Volle Batterie in 3-5 Minuten! NIO Power Swap Station erklärt & ausprobiert
Reveal Rabbit - YouTube - Google Ireland Limited
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Ein Zukunftsprodukt ist das SWAPTOPUS®, das die frisch aufgeladenen Akkus der Wechselstation für 100 MWh und mehr pro Tag zur Bereitstellung von Speicherenergie für das volatile Stromnetz der Zukunft nutzt. Der SWAPTOPUS® ist eine Energiestation für Mobilität und Netz. Aus der E-Tankstelle wird ohne Funktionsverlust ein Autoakku-Speicherkraftwerk (z. B. für Regelenergie oder "Peakshaving" [Lastspitzenkappung]).
Die sieben Elemente der E-Tankstelle der Zukunft
• Batteriewechsel in max. 1,5 Minuten
• Plug-in-Hubs mit flexibler Aufladung
• Dual-Use-Speicher zur Energieregulierung
• Einsparung von Energiekosten
• Komfort der herkömmlichen Tankstellen
• Sehr hohe Batterie-Lebensdauer
• Blackout-Vorsorge

Funktionsweise des SWAPTOPUS®

Der Express-Batteriewechsel wird als zentralen Bestandteil zukünftiger dualer Tankstellenkonzepte gesehen. Aus normalen E-Tankstellen können additiv Energiestationen bzw. Knotenpunkte einer flexiblen und dezentralisierten EE-Stromversorgungs-Infrastruktur werden.
Batteriewechselstationen mit 1.000 Wechseln und 50 MWh Energiebereitstellung pro Tag verfügen über ausreichend Stille Reserven, um zusammen mit einem kleineren Zusatzspeicher den Betrieb von angekoppelten Batteriekraftwerken (10-20 MW) sicherzustellen. Mit solchen 10 - 12.000 Energiestationen für Mobilität und Netz könnte der zukünftige deutsche Stromspeicherbedarf (bis zu 100 GW bei über 1000 TWh Stromnachfrage p.a.) voll gedeckt werden. Sie brauchen keine komplizierten Standortplanungen, sondern können durch eine Erneuerung des Tankstellennetzes an den bewährten Standorten installiert werden. Der Batteriewechsel von INFRADianba ist in Kombination mit dem EE-Einkauf über Preis-Minimierungsbilanzkreise und mit Batteriekraftwerken für Primäre Regelleistung und Peakshaving der Archimedische Punkt für eine schnelle, effiziente Verzahnung von Mobilitäts- und Energiewende, für eine Logistik der Nachhaltigkeit.

Konkret heißt das:
• In Deutschland z. B. müssen nur die vorhandenen Tankstellen mit Batteriewechselstationen ausgerüstet werden; das zeit- und ressourcenfressende Erneuern der 900 Ortsnetze und Installieren von bis zu 30 Mio. Ladepunkten wird weitgehend unnötig (Komplexitätsreduzierung: Faktor 3.000).
• Mit Batteriewechsel erhalten die E-Autofahrer in 1 - 1,5 Minuten (20 Sekunden technische Wechselzeit) eine frisch geladene Batterie. Das wird kein Plug-in-Schnellladen jemals schaffen! Das gibt mehr sinnvoll nutzbare Zeitsouveränität und reduziert die oft stressigen Zwänge der Mobilität. Die ungeliebte Fesselung vieler Menschen an zu lange Abläufe durch Tanken und Fahren wird durch die Schnelligkeit des Wechselns um viele Stunden im Monat reduziert.
• Mit bis zu 1.000 Wechseln am Tag entsteht eine optimale Betriebsgröße für einen nachhaltigen Stromeinkauf (z. B. PV-Strom, Windkraft-Überschussstrom), für sonstige Tankstellen-Services und für ein Batteriespeicher-Potenzial (50 MWh Durchsatz pro Tag), das vor Ort einen wirtschaftlich attraktiven Betrieb von Batteriespeicher-Kraftwerken ermöglicht. Von Zusatzspeichern unterstützt, können die Stillen Speicher-Reserven der Batteriewechselstation Kraftwerke von 10-20 MW in Gang halten, die vor allem der zuverlässigen und höchstwertigen Bereitstellung Primärer Regelleistung für das Smart Grid dienen sollen. Dadurch wird auch ein nachhaltiger integrierender Beitrag geleistet, dass es keine 2 teuren Batteriewelten bei Netz und Mobilität geben muss.
• Der Batteriewechsel mit Batterie-Leasing nimmt dem einzelnen Verbraucher den Hauptteil des Risikos, des oft zeitfressenden Stresses (s. u. a. Betriebssicherheit oder Entsorgung) und der Kosten ab, die mit einer eingebauten Batterie verbunden sind. Im Batterie-Leasing übernimmt der Betreiber die Hauptverantwortung, der dadurch entschädigt wird, dass er die Batterie im Dual Use als verfügbares wertvolles Produktionsmittel optimieren kann und einen nachhaltigkeitsdienlichen Unternehmer-Nutzen aus der nun möglichen Vervierfachung ihrer Lebensdauer ziehen kann.

Die sieben Elemente der E-Tankstelle der Zukunft
INFRAMOBILITY-Dianba GmbH

Dunkelflaute
Die Dunkelflaute (wenig oder keine Sonne, wenig oder kein Wind) und die "kalte" Dunkelflaute (wenig oder keine Sonne, wenig oder kein Wind, hohe Stromnachfrage [Winter]) sind eine Hürde der Energiewende, denn ein Totalausfall von Wind und Sonne gefährden die Versorgungssicherheit mit Strom und Wärme.
Im Rahmen der Energiewende, die aufgrund des Klimawandels notwendig ist, werden die Erneuerbare Energien (Windkraft, Photovoltaik) den Hauptanteil der Energieversorgung übernehmen und die konventionellen Energieträger (Erdöl, Erdgas, Kohle, Holz, Atomkraft) ersetzen. Wie sieht es aber aus, wenn über Tage hinweg kein Wind weht und es eine längere Zeit keine Sonne scheint? Die bestehenden Biogasanlage und die eventuell vorhandene Wasserkraftwerke werden den notwendigen Bedarf energetischer Nutzung (Strom, Wärme, Verkehr, Produktherstellung und Grundstoffindustrie) nicht zur Verfügung stellen können. Hier ist der Einsatz von Energiespeichern notwendig.
In systemrelevante Bereichen (z. B. Krankenhäuser, Arztpraxeb, Altenheime, Wassererke, Tankstellen) sind auch Netzersatzanlagen (Notstromaggregate) installiert. Diese sind nicht für eine dauerhafte und klimaneutrale Stromerzeugung geeignet, können aber reaktionsschnell kurzfristig auftretende Spitzen abfangen. Die Netzersatzanlagen werden in Virtuellen Kraftwerken (Ein Zusammenschluss von dezentralen Einheiten im Stromnetz, die über ein gemeinsames Leitsystem koordiniert werden) zum Ausgleich von Netzfrequenzschwankungen genutzt. Im Notfall kann auch Wärme und Kälte gemietet werden.

Ausgleich in der "kalten Dunkelflaute"
Kalte Dunkelflaute - Robustheit des Stromsystems bei Extremwetter
F. Huneke, C. Perez Linkenheil, M. Niggemeie - Greenpeace Energy eG
Dunkelflaute: Wie ernst ist der Ausfall von Wind & Solar?
Florian Blümm, Tech for Future

Blackout

Blackout - Wahrscheinlich oder Panikmache? Eine Antwort auf diese Frage ist nicht einfach. Auch die Experten sind sich hier nicht einig. Auf jeden Fall darf die Diskussion in den Medien nicht zu einer Panik führen. Wichtig sind leichtverständliche Informationen über das Thema "Blackout". Schon der Begriff kann in der Bevölkerung zur Panik führen. Leider sind zunehmend "schlechte Nachrichten" in den Medien die "besten Nachrichten" >((
In vielen Fällen ist es aber kein totaler Stromausfall, sondern ein "Brownout* ".
* Ein Brownout bezeichnet eine zu geringe Spannung im Stromnetz, sozusagen die Vorstufe eines Stromausfalls. Brownouts entstehen bei einem Ungleichgewicht im Stromnetz.

>>> hier ausführlicher - Stromnetzstörungen <<<

Energiespeicher können den Erfolg der Energiewende, die aufgrund des Klimawandels notwendig ist, entscheiden. Pumpspeicherkraftwerke oder Blei-Säure-Batterien haben sich seit Jahrzehnten bewährt. An der Entwicklung, dem Bau und der Integration neuer Energiespeichersysteme in die Energieversorgung wir gearbeitet. Die Energiespeicher sind für die Verbreitung erneuerbarer Energien zur Stromversorgung entscheidend. Es gibt zurzeit verschiedene Energiespeicher, die sich im Aufbau, in der Betriebsart und der Energieform, die sie speichern, unterscheiden.

>>>> hier ausführlicher - Energiespeicher <<<<