Druckluft als Energiespeicher

[Muzmuz]

AW: Druckluft als Energiespeicher

das könnte theoretisch eine Alternative zu den Akkumulatoren sein, die noch immer das Problemkind bei der mobilen Antriebstechnik darstellen. Aufgrund der aufwändigen Technik einer Druckluftspeicherung, wenn sie effizient arbeiten soll, kann ich mir nicht vorstellen, dass wir es hier mit einer echten Inovation zu tun haben - eher mit einem Marketingeffekt: "Wir fahren mit Luft!" Um eine nennenswerte Ernergiemenge zu speichern brauchen wir dickwandige Gefäße aus Stahl, die vielleicht 100L fassen, für einige MPa Betriebsdruck die damit auch wieder Gewicht in die Energiebilanz bringen, denn es muss aus Sicherheitsgründen alles mehrfach überdimensioniert werden, bleibt dennoch ein Ritt auf der Bombe. Dazu kommt die Adiabatik, also der thermodynamische Ausgleich beim Verdichten und Entspannen, der möglichst sinnvoll genutzt werden sollte, was die Sache noch komplizierter macht. Fazit: Ein Riesenaufwand für eine Hilfsfunktion. In 10 Sec. aufgeladen? Dann ist es nicht mehr als ein Beschleunigungsbooster mir geringer Kapazität, als Ersatz für ein Schwungrad, das aus physikalischen Gründen beim PKW nicht in Frage kommt.

Ein Elektroantrieb mit neuartiger Batterietechnik, vielleicht ein Super-Cap mit einigen MF Kapazität dazu und Rückspeisung beim Bremsen und Bergabfahren, das wird es wohl werden. Mit effektiven Drehstrommotoren und der MÖglichleit zur ökologischen Aufladung. Druckluft - zum Piepen! Wohl ein Paniktrieb der französischen Autoindustrie.

Ja, wobei die Energierückgewinnung beim Bremsen auch eher Marketing ist als Effizienz. Wenn man nicht gerade ein Ampelsprinter ist, dann bremst man im normalen Strassenverkehr nur sehr wenig. Ist auch verbrauchsmässig empfohlen, so wenig wie möglich zu bremsen und eher ausrollen lassen bzw Motorbremse benutzen. Aber "Energierückgewinnung" hört sich gut an. Ob während der Lebensdauer mehr Energie gewonnen wird als zur Herstellung verbraucht, ist eine andere Sache.

Am Effizientesten und Praktikabelsten erscheint mir ein Elektroantrieb mit Verbrennungsmotor als Range-Extender - sprich aus dem Antrieb entkoppelten Verbrennungsmotors.

lg,
Muzmuz

 

[EarlyBird]

AW: Druckluft als Energiespeicher

die Geometrie muss dabei zumindest erhalten bleiben, größerer Radius > höhere Wandstärke.

Oder anderes Material, bzw, andere Struktur!
Habe mal eine sehr interessante Doku über Materialforschung gesehen und fand es faszinierend, wie man Stabiltät durch spezielle Strukturen erreichen kann!
Das wird ja auch schon lange im Flugzeugbau angewendet.

 

[Muzmuz]

AW: Druckluft als Energiespeicher

Muzmuz,
ich habe da grad einen Hänger ...

Wenn der Druck (Kraft pro Fläche) konstant bleibt,
warum muss dann der Querschnitt der Behälterwand erhöht werden?

Kannst du mir das in so kleinen Schritten erklären, dass ich das auch kapiere?

Hallo,

schneiden wir die Kugel auf und betrachten die Schnittfläche der Halbschalen.
Die Kraft, die das Gas auf die Behälterwand ausübt skaliert mit der Fläche der Halbkugel während der Querschnitt der Behälterwand bei gleicher Wandstärke nur mit dem Umfang skaliert.
Rechenbeispiel:
Kugeldurchmesser 1128 mm, Wandstärke 10 mm und Innendruck 100 bar

Die Kraft, die die ringförmige Querschnittsfläche der Behälterwand aushalten muss ist dann 100 bar * 100000 N/m2bar * 1.128 m * 1.128 m * pi / 4 = 10000000 N = 10 MN

Die Spannung in der Wand ergibt sich duruch Division dieser Kraft durch die Querschnittsfläche der Behälterwand, welche Umfang * Wandstärke ist

Sigma = 10000000 N / (1128 mm * 10 mm * pi) = 282 N/mm2

Die Behälterwand wird also in diesem Fall mit 282 N/mm2 belastet.

Nun verdoppeln wir den Kugeldurchmesser und lassen den Druck konstant.
Die Kraft der Druckluft vervierfacht sich, weil nun
100 bar * 100000 N/m2bar * 2.256 m * 2.256 m * pi / 4 = 40000000 N = 40 MN

Die Spannung in der Wand verdoppel sich, weil sich der Wandquerschnitt nur verdoppelt.
Sigma = 40000000 N / (2256 mm * 10 mm * pi) = 564 N/mm2

Um die Belastung der Behälterwand mit steigendem Durchmesser konstant zu halten, müsste man die Wandstärke linear mit der Durchmesseränderung erhöhen.

lg,
Muzmuz

 

[Muzmuz]

AW: Druckluft als Energiespeicher

Oder anderes Material, bzw, andere Struktur!
Habe mal eine sehr interessante Doku über Materialforschung gesehen und fand es faszinierend, wie man Stabiltät durch spezielle Strukturen erreichen kann!
Das wird ja auch schon lange im Flugzeugbau angewendet.

Ja, nur skaliert der Einfluss der Struktur oder des Materials nicht mit den gängigen Radien. Das heisst, natürlich kann man die Wandstärke für grössere Behälter durch Wahl bestimmter Materialien verkleinern, aber Selbiges gilt auch für kleine Druckgefässe, wodurch das Verhältnis Wandstärke grosser Behälter zu Wandstärke kleiner Behälter nicht beeinflusst wird.

 

[EarlyBird]

AW: Druckluft als Energiespeicher

Ja, nur skaliert der Einfluss der Struktur oder des Materials nicht mit den gängigen Radien. Das heisst, natürlich kann man die Wandstärke für grössere Behälter durch Wahl bestimmter Materialien verkleinern, aber Selbiges gilt auch für kleine Druckgefässe, wodurch das Verhältnis Wandstärke grosser Behälter zu Wandstärke kleiner Behälter nicht beeinflusst wird.

Klingt logisch!

 

[Eurofighter]

AW: Druckluft als Energiespeicher

Kurz: je größer der Tank, desto besser.

Eine einfache Wahrheit, die deutsche Ingenieure schon während des zweiten Weltkriegs zu immer größeren Leistungen angetrieben hat. Aber zurück zu unserer Expertise: lohnt sich denn überhaupt als Speichermedium Luft zu verwenden, oder wären nicht elektrolytisch erzeugter Wasserstoff und Sauerstoff besser? Genügend Wasser an Bord vorausgesetzt wird beim Bremsen das Wasser elektrolytisch zerlegt und gespeichert und beim Beschleunigen in einer Brennstoffzelle wieder verbrannt...

 

[moebius]

AW: Druckluft als Energiespeicher

Eine einfache Wahrheit, die deutsche Ingenieure schon während des zweiten Weltkriegs zu immer größeren Leistungen angetrieben hat. Aber zurück zu unserer Expertise: lohnt sich denn überhaupt als Speichermedium Luft zu verwenden, oder wären nicht elektrolytisch erzeugter Wasserstoff und Sauerstoff besser? Genügend Wasser an Bord vorausgesetzt wird beim Bremsen das Wasser elektrolytisch zerlegt und gespeichert und beim Beschleunigen in einer Brennstoffzelle wieder verbrannt...

Diese Fragen werde ich sofort an die Automobil-Ingeniöre und Chemiker weiter leiten ...​

 

[Muzmuz]

AW: Druckluft als Energiespeicher

Eine einfache Wahrheit, die deutsche Ingenieure schon während des zweiten Weltkriegs zu immer größeren Leistungen angetrieben hat. Aber zurück zu unserer Expertise: lohnt sich denn überhaupt als Speichermedium Luft zu verwenden, oder wären nicht elektrolytisch erzeugter Wasserstoff und Sauerstoff besser? Genügend Wasser an Bord vorausgesetzt wird beim Bremsen das Wasser elektrolytisch zerlegt und gespeichert und beim Beschleunigen in einer Brennstoffzelle wieder verbrannt...

Der einzige Vorteil der mir bei diesem System einfiele wäre der, dass Wasserstoff ohne grosse Verluste über die Zeit lagerbar wäre. Dem gegenüber stehen aber die Herstellung der Brennstoffzelle, deren Gewicht, das immer mitgeschleppt werden müsste und der Wirkungsgrad. Insofern ist dieses System der direkten Speicherung über einen Dynamo unterlegen.

 

[Neugier]

Hartnäckige Weigerung der Intuition.

...
Die Kraft, die das Gas auf die Behälterwand ausübt
skaliert mit der Fläche der Halbkugel
während der Querschnitt der Behälterwand bei gleicher Wandstärke
nur mit dem Umfang skaliert.
...
Die Spannung in der Wand ergibt sich durch Division dieser Kraft durch
die Querschnittsfläche der Behälterwand, welche Umfang * Wandstärke ist
...

Muzmuz,
danke für die Erklärung.

Meine Intuition sträubt sich zwar immer noch dagegen, dass bei volumensgleichen
Gefäßen mit unterschiedlicher Geometrie (somit unterschiedlicher Oberfläche)
die erforderliche Wandstärke nicht nur vom Innendruck abhängt, sondern auch
von der Geometrie, aber wenn dem dennoch so ist, ...

... dann liegt eben meine Intuition daneben.


> Das musste auch einmal in aller Klarheit gesagt werden. <

 

[moebius]

AW: Druckluft als Energiespeicher

... dann liegt eben meine Intuition daneben.

....

...was sich wahrscheinlich empirisch-technisch durch trial and error (= Versuch und Irrtum) klären/ beantworten läßt, ob die Intuition daneben liegt oder nicht ...​