„Wir benutzen einen Widerstandserhitzer, der die Funktion eines Haarföns industriellen Maßstabs hat. Dieser wandelt Strom in Wärme bis zu 1.300 Grad Celsius um und bläst die Hitze in unseren Speicher.“ Derart bildlich beschreibt Cedric Fritsch die Lösung von Kraftblock, die zur Dekarbonisierung von Wärmeprozessen in Industrie, Fernwärme und fossilen Kraftwerken dient. Es gehe auch um die Verbindung ökologischer und ökonomischer Aspekte bei Hochtemperaturspeichern.
„Der Speicher ist ein gut isolierter Container, in dessen Innerem das Kraftblock-Material ist. Es wurde eigens für die Speicherung entwickelt und besteht bis zu 85 Prozent aus recycelten Wertstoffen“, erklärt der Unternehmenssprecher. Hauptsächlich setzt Kraftblock auf Stahlschlacke. Das Material sei günstig, weil es sonst fast nirgends verwendet wird. Doch es kann auch was. „Es ist nicht nur stabil bis 1.300 Grad Celsius, sondern zeichnet sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus“, sagt er. „Die Hitze der eingeblasenen Luft überträgt sich somit schnell auf das Material. Damit sind wir im Vorteil bei der Schnelligkeit des Ladens und Entladens.“
Wenn die Energie benötigt werde, werde Umgebungsluft durch den Speicher geblasen. Sie heize sich am Material auf und verlasse den Speicher wieder. „Dann wird die Temperatur geregelt und gegebenenfalls das Wärmeübertragungsmedium von Luft auf Dampf, Thermalöl, Gas oder Heißwasser übertragen, je nach Prozess. Damit muss die vorhandene Infrastruktur auch nicht verändert werden“, erklärt Fritsch.
Allerdings gibt es einige Voraussetzungen, die erfüllt sein müssen. Das Unternehmen muss über einen Anschluss von mindestens 400 Volt verfügen. In aller Regel ist das der Fall. Zudem braucht es eine Mindestladeleistung von 200 Kilowatt. Die kleinstmögliche Kapazität ist vier Megawattstunden.
Mit seiner Lösung, die unsere Juroren als pv magazine highlight top business model auszeichnen, zielt Kraftblock vor allem auf den Industriesektor ab, der Rohstoffe be- und verarbeitet. Safthersteller, Molkereien oder Metallverarbeitungsbetriebe nennt Fritsch als Beispiel. Die Wärmeprozesse bis 1.300 Grad Celsius auf diese Weise zu dekarbonisieren, lohne sich oft mehr als eine Direktelektrifizierung, da sie den Kunden Preisstabilität auf niedrigem Niveau verspreche. Dies ergebe sich aus der Möglichkeit, die Energie bei niedrigen Preisen zu kaufen und dann ohne größere Verluste bis zu zwei Wochen speichern zu können. Der Wirkungsgrad des Kraftblock-Systems liegt in diesem Zeitraum bei etwa 90 Prozent, wie Fritsch ausführt.
Highlights und spotlights
Preis für gute Ideen: In der Juni-Runde zeichnet pv magazine eine Einreichung als highlight top business model und eine als spotlight aus.
Das sagt die Jury:
Kraftblock: Günstiger Speicher für Hochtemperatur-Industrieprozesse
Wenn Stromverbraucher flexibler werden und ihre Last der Erzeugung anpassen, hilft das der Netzintegration erneuerbarer Energien und der Energiewende. Wenn das mit einem Hochtemperaturspeicher geschieht, der Recyclingmaterialien nutzt, der Dekarbonisierung von Hochtemperaturprozessen dient und deutlich günstiger ist als ein Batteriespeicher, ist das umso besser. Die Jury zeichnet die Kraftblock-Lösung daher mit dem Prädikat top business model aus.
Die Juroren: Volker Quaschning ist Professor für regenerative Energiesysteme an der HTW Berlin. Winfried Wahl ist Senior Director Product Management bei Hithium und seit 15 Jahren im Bereich erneuerbare Energien tätig. Hans Urban ist langjähriger Experte und Consultant für Photovoltaik, Speicher und E-Mobilität.
Mehr Infos, bisherige Preisträger und alles zur Bewerbung unter: www.pv-magazine.de/highlights
Einsendeschluss für die nächste Runde: 24. Juli 2023
Bereits 2019 hat Kraftblock die ersten zwei Pilotprojekte realisiert. Aktuell ist das Unternehmen dabei, eine spezielle Lösung beim Konzern Pepsi umzusetzen. Das System soll zunächst 70 Megawattstunden Kapazität haben, die dann noch auf 150 Megawattstunden in der Endstufe skaliert werden.
Im ersten Schritt werden zwei Speichermodule installiert, die ein- bis zweimal täglich mit zusammen neun Megawatt Ökostrom aus dem Netz geladen werden. Hierbei sei auch eine direkte Kopplung mit Photovoltaik- oder Windkraftanlagen möglich. Der Strom werde im Ladevorgang in Wärme auf 800 Grad Celsius umgewandelt, wobei ein bis zwei Prozent der Energie verloren gingen. Auch mit zwei Modulen habe das Unternehmen die Flexibilität, dass eines geladen werden kann, während das andere entlädt und Wärme für den Prozess zur Verfügung stellt. „Die Temperatur wird heruntergeregelt auf bis zu 300 Grad Celsius. Die Hitze wird an den Thermalölkreislauf in der Produktion übergeben. Von hier aus erhitzt das Thermalöl das Frittieröl, das die hauseigenen Chips frittiert“, erklärt Fritsch.
Mit den zwei Speichermodulen spare Pepsi rund die Hälfte seiner Emissionen durch den Brennkessel sowie 4,5 Millionen Kubikmeter Gas jährlich. „Wenn alle fünf Module installiert sind, kann der Gaskessel komplett ignoriert werden und die Fabrik läuft 24/7 mit grüner Wärme“, so Fritsch. Zumindest wenn Ökostrom bezogen wird. Auf jeden Fall lässt sich, da es sich um einen Speicher handelt, Strom nutzen, wenn er billig ist, also wenn viel Sonnen- oder Windstrom im Netz ist. Oder der Industriebetrieb kombiniert ihn gleich mit einer eigenen Photovoltaik-Anlage. Beides dient der Energiewende.
Die Kosten liegen für solch eine Anwendung im Wärmebereich laut uns vorliegenden Daten von Kraftblock deutlich unter denen eines Batteriespeichers. Der Investitionsaufwand ist in jedem Industrieprozess individuell, weil sie abhängig von Variablen wie Temperatur, Leistung und Anwendungszyklus sind. Vor einer Abnutzung des Materials müsse man keine Angst haben: Ein Test sei nach über zwei Jahren mit 15.000 Zyklen beendet worden, ohne dass es eine Degradation gegeben habe. Nur die Systemkomponenten müssten nach einigen Jahren gewartet werden.
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Dank des hohen Temperaturniveaus lässt sich die Wärme auch mit hoher Effizienz (>50%, mehr als das doppelte von H2-Rückverstromung) wieder in Strom zurück verwandeln. Solche Speicher werden also den Speicherhorizont von 2 Tagen bis 2 Wochen abdecken können. Für H2 bleibt dann noch der saisonale und internationale Ausgleich.
Die Abwärme der Rückverstromung kann in Fernwärmenetze eingekoppelt werden, und damit hätte man ein weiteres wichtiges Element der 100%-Erneuerbarenwelt geschaffen.