Biogas im Gasnetz als flexibel einsetzbarer Speicher für die Energiewende

Gas-Kugelbehälter, Quelle: halmackenreuter  / pixelio.de

Gas-Kugelbehälter, Quelle: halmackenreuter / pixelio.de

Der Umstieg auf eine regenerative Stromversorgung kann nur mit einem hohen Anteil fluktuierender Erneuerbarer Energien wie Windkraft und Photovoltaik gelingen. Für die daraus resultierenden Zeiten mit sehr hoher oder aber sehr niedriger Stromerzeugung sind zunehmend flexible Anlagen erforderlich.

„Das speicherbare Biogas bietet derzeit als einziger Energieträger die Option, Strom bedarfsgerecht und erneuerbar bereitzustellen“, erklärt Dr. Claudius da Costa Gomez, Geschäftsführer des Fachverbandes Biogas. „Biogas kann in Gasspeichern direkt am Ort der Biogasanlage gespeichert und zur bedarfsgerechten Stromproduktion eingesetzt oder zu Biomethan in Erdgasqualität aufbereitet und in das Gasnetz eingespeist werden“, so da Costa Gomez. Das Gasnetz fungiere dann einerseits als Energietransportsystem und andererseits als riesiger Langzeitspeicher für dieses Erneuerbare Gas.

„Die Aktivierung des Speichers „Erdgasnetz“ für Erneuerbare Gase ist einer der Schlüssel zur Realisierung der Energiewende in Deutschland“, ist der Verbandsgeschäftsführer überzeugt. Mit dem Gasnetz als Energiespeicher und Transportnetz müsse sich Deutschland nicht in neue Abhängigkeiten begeben, z.B. über Stromleitungen zur norwegischen Wasserkraft oder über teuren Sonnenstrom aus der afrikanischen Wüste.

Damit Einspeiseanlagen für Biomethan und Wasserstoff aus der Windstromelektrolyse (Power to Gas) schnell, wirtschaftlich und effizient ans Gasnetz gebracht werden können, hat der Fachverband Biogas das Konzept für ein Erneuerbares Gas Einspeise- und Speichergesetz (EEGasG) erarbeiten lassen. Über Gespräche mit Vertretern aus der Gaswirtschaft, Windkraft- und Biogasbranche konnte es im Laufe der Zeit immer weiter verfeinert werden.

Der stark ansteigende Anteil an fluktuierender Stromeinspeisung aus Windkraft- und Solaranlagen spannt ein immer größeres Dreieck an zentralen Herausforderungen auf: Einspeisemanagement, Netzausbau und Speicherbedarf. „Für alle drei Fragen bietet das EEGasG Lösungsansätze, die es wert sind, näher betrachtet zu werden“, macht da Costa Gomez deutlich. Er hofft, dass mit dem neuen Bundesumweltminister Peter Altmaier die Energiewende nun wirklich Fahrt aufnimmt und der Vorschlag des Fachverbandes Biogas auf offene Ohren stößt: „Mit der Einspeisung von Biomethan und Wasserstoff bzw. Methan aus Windstrom steht der Politik ein in Bezug auf Technologie und Kosten sicherer Weg zur Verfügung, der den Umstieg auf ein regeneratives Stromversorgungssystem heute umsetzbar macht“, fasst da Costa Gomez zusammen.

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Solarstrom wird mit neuen Batteriespeichern erzeugungsunabhängig

Sol-Ion-Konzept, Foto: Voltwerk

Sol-Ion-Konzept, Foto: Voltwerk

Mit einer Batterie können Hausbesitzer den lukrativen Eigenverbrauch von Solarstrom deutlich steigern. Doch gibt es bislang kaum Speichergeräte auf dem Markt. Batteriesysteme für den Endverbraucher alltagstauglich zu machen, das ist das Ziel des deutsch-französischen Forschungsprojekts „Sol-Ion“.

Erfahrungen aus 6 Monaten Dauerbetrieb im Feldtest am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) liegen jetzt vor: Ein im Rahmen des Forschungsprojekts entwickeltes Speichersystem konnte den Eigenverbrauchsanteil in einem Testgebäude im Frühling um 26 Prozentpunkte erhöhen. Die gespeicherte Energiemenge deckt den durchschnittlichen Strombedarf eines Einfamilienhaushaltes in den Abendstunden ab. Mit der Speicherung wird aus fluktuierendem, erzeugungsabhängigem Solarstrom eine abrufbare nachfrageorientierte Energiequelle.

Besitzer von neuen Photovoltaikanlagen auf dem Hausdach sparen künftig einige Cent pro Kilowattstunde, wenn sie ihren Solarstrom selbst verbrauchen und nicht in das Netz einspeisen. Der Eigenverbrauch wird seit Kurzem auch gesetzlich gefordert. Die EEG-Novelle von April 2012 sieht 20 Prozent vor. Mehr zu verbrauchen kann jedoch schwierig werden.

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Erstes Serienprodukt für Stromspeichertechnologie Power-to-Gas vorgestellt

Gruenspar.de

Über verschiedene Stromspeicher-Technologien hatte ich bereits berichtet, wobei Power-to-Gas zu den aussichtsreichsten Technologien als Mittel- und Langzeitspeicher gehört. Bisher war vor allem das junge Unternehmen SolarFuel mit dieser Technik in den Medien, jetzt kommt ein weiteres Unternehmen hinzu mit einem Serienprodukt:

Energie effizient umzuwandeln ist das eine, sie zu speichern das andere. Das Lübecker Unternehmen H-TEC Systems, Tochterfirma des schleswig-holsteinischen Projektierers GP JOULE, stellt auf der Hannover Messe jetzt den weltweit ersten serienreifen Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Elektrolyseur vor.

Die EL30 Elektrolyseure wandeln Strom mit einem Wirkungsgrad von bis zu 75 Prozent in Wasserstoff um, der für industrielle Zwecke verwendet oder mit Hilfe einer Brennstoffzelle zu einem späteren Zeitpunkt wieder in Strom umgewandelt werden kann. Um Energieüberschüsse aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne zu binden, stellt die Wasserstofferzeugung per Elektrolyse-Verfahren eine entscheidende Schlüsseltechnologie dar. So profitieren regenerative Energielösungen, industrielle Anwendungen, Notstromversorgungen, Insellösungen sowie der Bereich Elektromobilität von der PEM-Elektrolyse.

Die Elektrolyse ist das Gegenstück zum chemischen Prozess in einer Brennstoffzelle: Während in dieser Sauerstoff und Wasserstoff unter Freisetzung von Strom und Wärme zu Wasser reagieren, spaltet die Elektrolyse unter Zuführung von Elektrizität Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf.

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Neue Speichertechnologien mit Schwerkraft braucht das Land

Dass Speicher zum Ausgleich der schwankendenVerfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energien benötigt werden, ist keine Frage. Aber welche Technologie wird sich am Ende durchsetzen? Diese Frage ist viel spannender, denn es gibt viele Technologien, auch welche die noch kaum bekannt sind. In der Öffentlichkeit wird meist über Pumpspeicherkraftwerke gesprochen, deren Kapazität ist in Deutschland aber begrenzt und reicht bei weitem nicht aus. Batterien sind noch zu teuer und müssten in einer sehr großen Anzahl verfügbar sein.

Die schon häufigererwähnte Speicherlösung mit der Umwandlung des Stroms zu Gas werde ich demnächst in einem weiteren Artikel ausführlicher vorstellen. Es gibt aber auch noch weitere Varianten, die ähnlich wie Pumpspeicherwerke mit der Schwerkraft arbeiten, aber effektiver sind und weniger Platz benötigen. Diese neuen Lösungen, die oft unterschätzt werden, aber ein großes Potential aufweisen, möchte ich hier vorstellen und vergleichen.

Dem einen oder anderen Leser ist vielleicht schon der Lageenergiespeicher von Eduard Heindl untergekommen. Prinzipiell funktioniert der Lageenergiespeicher wie ein Pumpspeicherwerk. Bei einem Überangebot an Strom wird mit einer Wasserturbine ein großer Felsblock angehoben, mit einem Druck von ca. 200 Bar, und darin wird die Lageenergie gespeichert. Gibt es zu wenig Strom in Netz, dann wird der Druck abgebaut und die Turbine produziert mit dem frei werdenden Wasser wieder Strom.

Im Prinzip ist diese Speichertechnik sehr simpel und hat einige Vorteile gegenüber den bereits bekannten und bewährten Pumpspeicherkraftwerken. Durch die größere Energiedichte des Felsblocks können mit dem hydraulischen Lageenergiespeicher pro m² Fläche 2.000 kWh gespeichert werden, im Pumpspeicherkraftwerken kommt man dagegen nur auf 20 kWh/m² (aus Videobeitrag). Auch der Wasserbedarf ist deutlich geringer, bei gleicher Kapazität wird nur noch ein Viertel der Wassermenge benötigt.

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Effiziente Speichertechnologien wichtig für Energieversorgung mit erneuerbaren Energien

Das Thema der Speicherung von Strom gewinnt immer mehr an Bedeutung. Das zeigen nicht nur die  Suchanfragen, über die viele Leser auf diese Seiten kommen. Auch die Anzahl der Veranstaltungen zu diesem Thema nimmt rasant zu, so war heute der erste Tag der hochkarätig besetzen Konferenz für Energy Storage in Düsseldorf:

“Deutschland hat die Chance zu beweisen, dass wirtschaftliches Wachstum einhergehen kann, ja einhergehen muss mit Umweltschonung und effizienter Nutzung von Ressourcen!”, erklärte Bundesumweltminister Dr. Norbert Röttgen am 13. März auf dem Energy Storage – Summit for the Storage of Renewable Energies in Düsseldorf.

In seiner Grundsatzrede vor rund 350 Energieexperten aus 29 Ländern betonte Röttgen die Vorreiterrolle Deutschlands bei einer zukunftsorientierten Energiepolitik: “Die Welt schaut darauf, dass unser Land aus der Energiewende ein Erfolgsmodell macht.” Schließlich sei Deutschland die erste große Industrienation, die nach dem Reaktorunglück von Fukushima den freiwilligen Entschluss gefasst habe, die Energiewende herbeizuführen.

Eine der Komponenten, die nötig seien um langfristig eine nachhaltige Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien zu ermöglichen, seien effiziente Speichertechnologien. Dr. Röttgen: “Sie müssen jetzt erforscht werden, damit sie in einigen Jahren in der industriellen Anwendung zur Verfügung stehen.” Der Bundesumweltminister gratulierte den Organisatoren der ersten Energy Storage Konferenz, der Solarpraxis AG und der Messe Düsseldorf, zur beachtlichen Resonanz der Erstveranstaltung. Er freue sich, wenn das internationale Gipfeltreffen, bei dem Experten aus Forschung, Industrie, Politik und Energieversorgung innovative Konzepte und marktreife Anwendungsbeispiele diskutieren, dauerhaft eine Heimat in Düsseldorf fände. Nach seiner Rede stellte sich Dr. Norbert Röttgen einer lebhaften Diskussion mit den Konferenzteilnehmern.

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Energy Storage Konferenz bringt Industrie und Forschung zusammen

Eine interessante Konferenz zur Speicherung von Energie, die ich bereits vorgestellt hatte. Damit zeigt sich immer mehr, wie wichtig dieses Thema ist, und dass sich hier noch viel verändern wird, aber dass auch noch viel zu tun ist. Ich werde weiter an dem Thema bleiben und noch einige Artikel dazu schreiben.

Die Messe Düsseldorf, der Berliner Wissensdienstleister Solarpraxis und die Institute der Fraunhofer-Allianz Energie setzen mit der Konferenz „Energy Storage – International Summit for the Storage of Renewable Energies“ einen neuen Akzent in der Speichertechnologie. Die Konferenz soll Forschung und Industrie frühzeitig an einen Tisch bringen, um praxisnahe Lösungen zur Energiespeicherung zu diskutieren. Bundesumweltminister Dr. Norbert Röttgen wird auf der Konferenz eine Rede zur Energiewende halten. Mit fast 300 bisher angemeldeten Teilnehmern stößt die Konferenz bereits im Vorfeld auf große Resonanz.

„Energiespeicher sind die Schlüsseltechnologie, wenn es darum geht, in Zukunft einen wachsenden Anteil erneuerbarer Energien bei gleichzeitig hoher Sicherheit in das Stromnetz einzuspeisen“, erklärt Prof. Dr. Eicke Weber, Sprecher der Fraunhofer Allianz Energie und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. „Tragfähige Lösungen können nur geschaffen werden, wenn Forschung und Industrie an einem Strang ziehen. Dafür möchten wir mit dieser Konferenz einen Grundstein legen“, so Weber weiter.

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Warum die Energiewende dringend Energiespeicher benötigt

Prof. Wagner (DLR)Bislang werden Energiespeicher vor allem in mobilen Geräten wie z.B. Handys oder Notebooks genutzt. Das wird sich in Zukunft ändern, sagen Energieexperten: Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien wird sich unser Stromnetz verändern. Energiespeicher werden dabei eine wichtige Rolle übernehmen müssen.

Wie solche Energiespeicher der Zukunft aussehen, diskutieren Forscher heute, am 07. März 2012, beim DLR-Energiespeicher-Symposium in Stuttgart. Prof. Ulrich Wagner, DLR-Vorstand für Energie und Verkehr beschreibt, warum wir Speicher dringend brauchen und wo die Forschung heute steht.

Wozu brauchen wir Energiespeicher?

Wagner: Wir brauchen Energiespeicher, um das schwankende Energieangebot aus den erneuerbaren Energien auszugleichen. Der Bedarf der Verbraucher deckt sich ja nicht immer mit dem Energieangebot, das Wind und Sonne gerade liefern. Bisher haben wir dieses Problem nur in geringem Umfang, weil sich fossile Kraftwerke schnell und einfach regeln lassen und in Spitzenzeiten mehr Leistung zur Verfügung stellen können.

Wenn wir jedoch bald mehr als 30 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien ins Stromnetz einspeisen, wird das so nicht mehr funktionieren. Dann müssen wir Lücken bei der Erzeugung oder Spitzen beim Stromverbrauch mit Stromspeichern ausgleichen. Für die Energiewende in Deutschland brauchen wir also dringend Energiespeicher. Ich rechne damit, dass der Bedarf ab 2025 auftaucht und dann über die Jahre stetig zunimmt.

Wie lässt sich Energie überhaupt speichern?

Wagner: Energie in Form von Strom zu speichern, ist gar nicht so einfach. Bewährt haben sich bislang Pumpspeicherkraftwerke. Sie sind eine preiswerte Technologie mit einem hohen Wirkungsgrad von über 80 Prozent. Pumpspeicherkraftwerke können nur in Gebirgen oder Mittelgebirgen gebaut werden und viele Standorte werden schon lange genutzt. In Deutschland und in Europa gibt es hier nur noch geringe Ausbaumöglichkeiten. Wir müssen uns also etwas Neues einfallen lassen.

Eine Möglichkeit sind Batterien, die auch mit Wirkungsgraden von mehr als 80 Prozent arbeiten, im Vergleich zu den Pumpspeicherkraftwerken sind sie jedoch noch sehr teuer. Weiterhin können wir durch Elektrolyse mit überschüssigem regenerativem Strom Wasserstoff erzeugen. Bei Bedarf kann aus diesem Wasserstoff wieder Strom erzeugt werden. Die energetisch bessere Lösung ist hier allerdings, den Wasserstoff in Brennstoffzellen-Fahrzeugen zu verwenden. Der Energiespeicher Wasserstoff bietet so auch für den Verkehrssektor Lösungen an. Sowohl die Erforschung von Batterien als auch die Erzeugung von Wasserstoff werden derzeit im DLR und in anderen Forschungseinrichtungen vorangetrieben.

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Ein Versuch die Rückwärts-Energiewende sachlich zu beurteilen

Mittlerweile hat sich der Rauch um die Meldung der beiden Bundesminister Rösler und Röttgen etwas gelichtet, gelegt hat sich der Ärger aber noch nicht. Es scheint die zweite Kehrtwende der Bundesregierung in der Energiepolitik zu sein, ganz genau weiß man aber nicht, was erreicht werden soll. Und hat das in einem Jahr, kurz vor der Bundestagswahl, auch noch Bestand? Wird die Bundesregierung dann auch noch den Anweisungen der großen Energieversorger Folge leisten (wie man es momentan vermuten kann), oder sich wieder der Bevölkerung zuwenden?

Gerade das Thema Verlässlichkeit für Investoren sollte ein Bundeswirtschaftsminister kennen. Wenn so oft und so schnell, mit extrem kurzer Vorlaufzeit, Investitionsbedingungen geändert werden, ist das für Investoren geradezu tödlich. Und wir haben es hier, beim Thema Photovoltaik, mit den unterschiedlichsten Investoren zu tun – von den privaten Hausbesitzern (die überwiegende Mehrheit) bis hin zu den großen Finanzinvestoren für die großen Solarparks. Die kleinen Investoren werden jetzt ihr Vorhaben stoppen, oder haben vielleicht sogar schon Aufträge storniert. Und, wie üblich in der globalisierten Welt, gehen die großen Investoren da hin, wo es bessere Investitionsbedingungen gibt – und die gibt es, da auch andere Länder ähnliche Förderprogramme, wie unser EEG, geschaffen haben.

Diese großen Investoren sind an dieser Stelle auch aus einem anderen Grund wichtig. Wenn man mal überlegt, warum der Zubau an Photovoltaik-Anlagen in 2011 so hoch war, muss man nur mal die Rendite mit einer Photovoltaik-Anlage mit jedem beliebigem anderen Finanzprodukt vergleichen. Laut dem, bereits vor ein paar Tagen erwähnten, Artikel der Stiftung Warentest, kann noch bis zum 09. März bei einer privaten Photovoltaik-Anlage mit einer Rendite von 6,7 Prozent gerechnet werden. Im Jahr 2011 habe von Renditen bei ca. 9 Prozent gelesen, Karl-Friedrich Lenz schreibt in einem Beitrag gar von 12 Prozent.

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Synthetisches Erdgas zur Speicherung von überschüssigem Ökostrom

Es gibt viele interessante Neugründungen im Bereich grüner Technologien. Die internationale Konferenz für Smart Green Business Ecosummit 2012, vom 22. – 23. März 2012 in Berlin, prämiert mit dem Ecosummit Award die besten intelligenten grünen Unternehmen in Europa. Die Veranstaltung lockt 400 Topmanager von Investoren, Startups, Konzernen und Energieversorgern in die Hauptstadt.  Auf dem ECO12 geht es um Cleantech, erneuerbare Energien, Elektromobilität, Smart Green City und Venture Capital. Mittlerweile sind 38 intelligente grüne Startups aus 9 Ländern sind für den ECO12 Award nominiert.

In einer losen Serie stelle ich die nominierten Unternehmen und ihre Technologien vor. Da am Donnerstag, den 01. März mit dem Anmeldeschluss auch die Abstimmung der Leserwahl endet, möchte ich auf jeden Fall noch meinen persönlichen Favoriten vorstellen.

Die Technologie zur Gewinnung von Gas aus Solar- oder Windstrom, um diesen Strom zu speichern oder anders zu verwenden, halte ich für sehr wichtig und zukunftsfähig. Daher finde ich es schade, dass SolarFuel bisher so wenige Stimmen erhalten hat von den Lesern – aber es steckt vermutlich auch keine große Agentur oder Marketingabteilung hinter der Firma, welche die Freunde und Fans von SolarFuel zur Abstimmung bewegen kann.

Erneuerbare Energien wie Wind- und Sonnenergie sind nicht ständig verfügbar, sie müssen ersetzt und/ oder gespeichert werden, damit das Stromangebot an den Bedarf angepasst werden kann. Eine Möglichkeit ist den überschüssigen Strom in Gas zu wandeln, damit dieser z.B. in das Gasnetz eingespeist oder in Tanks zwischengespeichert werden kann. Das Gas kann dann z.B. wieder in BHKW eingesetzt werden zur gezielten Stromerzeugung, zu dem Zeitpunkt wann er benötigt wird. Aber auch ein Einsatz in Erdgasautos ist denkbar.

In der Natur wird Sonnenenergie auch gespeichert in Form von CO2 und Wasser. Bei der Photosynthesse wandelt die Natur diese Rohstoffe mit Hilfe von Sonnenlicht zu Biomasse um und bilden damit chemisch gespeicherte Energie. Der Wirkungsgrad in der Natur ist dabei sehr klein mit ca. 0,5 Prozent.

Bei SolarFuel werden die Rohstoffe CO2 und Wasser mit Hilfe von elektrischem  Strom in synthetisches Erdgas umgewandelt. Der erste Schritt ist eine Elektrolyse in der Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Anschließend wird Wasserstoff mit CO2 zu Methan umgesetzt. Die Energiedichte steigt um einen  Faktor 3 an und es entsteht ein marktfähiges Gas, das im vorhandenen Erdgasnetz gespeichert werden kann.

Mehr zeigt das folgende Video:

Weitere Artikel zum Thema bei energynet.de:

Weitere Artikel der Serie:

Teil 1: Spanisches Unternehmen macht gebäudeintegrierte Photovoltaik attraktiver.

Teil 2: Mit Umweltinformationen Punkte sammeln

Teil 3: Einfache CO2-Neutralisierung des täglichen Konsums

Teil 4: Auf der Suche nach neuen Mobilitätskonzepten

Teil 5: Wasserbehandlung – energiesparend, klein und effizient

Teil 6: Offene Gebäudemanagement-Systeme zur Optimierung der Energieeffizienz

Alle Artikel der Serie über die nominierten Unternehmen zum Ecosummit Award 2012.

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Produkt-Roadmap zeigt erstmalig Anwendungsbreite und Marktchancen von Lithium-Ionen-Batterien auf

Lithium-Ionen-Batterien sind nicht nur für die Elektromobilität interessant. Auch die Bedeutung der Speicherung von selbst erzeugtem Strom, z.B. aus der Photovoltaik-Anlage, wird bei den höheren Strompreisen und neuen Vergütungssätzen immer mehr ansteigen.

Technologie-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030 (Quelle: Fraunhofer ISI)Ob Elektro-Zweiräder, Hybrid- oder rein elektrisch betriebene Pkw, elektrifizierte Lkw, Boote, Nutzfahrzeuge oder dezentrale und zentrale stationäre Anwendungen – die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten und spezifischen Anforderungen an Hochleistungsbatterien im Kontext der Verwirklichung von Elektromobilität sind so vielfältig wie die Entwicklungen der eingesetzten Batteriematerialien und -typen. Die Produkt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030 des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI nimmt diese potenziellen Zukunftsmärkte ins Visier und zeigt in einer neuen Broschüre Entwicklungspfade und Abhängigkeiten in einer vielfältigen Anwendungslandschaft auf.

Das Fraunhofer ISI begleitet die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gegründete Innovationsallianz „Lithium Ionen Batterie LIB 2015“ seit 2009 mit einem Roadmapping. Bereits 2010 erschien die Technologie-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030, in welcher die technologischen Entwicklungstrends hinsichtlich Batteriematerialien, -komponenten und aussichtsreicher Zelltypen untersucht wurden.

In der aktuellen Broschüre steht nun die Marktseite im Vordergrund: In der Produkt-Roadmap sind potenzielle Anwendungsmöglichkeiten für Lithium-Ionen-Batterien erfasst sowie Anforderungen an die verschiedenen Leistungsparameter über die einzelnen Einsatzfelder hinweg graphisch dargestellt. Als wichtige Faktoren und Treiber für die Marktentwicklung werden Aspekte der staatlichen Regulierung, Standardisierung, Infrastruktur und Kundenakzeptanz betrachtet.

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