Mit der Eröffnung einer neuen Power-to-Heat-Anlage geht ein Konsortium in Jülich einen weiteren Schritt in der Sektorenkopplung. Unter dem Namen „multiTESS“ entwickelten das Solar-Institut Jülich der Fachhochschule Aachen sowie die Unternehmen Kraftanlagen Energies & Services, Otto Junker und Dürr Systems eine Anlage mit der sich überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien als thermische Energie einspeichern lässt.
Bei Bedarf speichert die Anlage die Energie in Fernwärmenetze oder Industrie-Prozesswärme-Anlagen wieder aus. Gibt es mal keinen Bedarf für Wärme kann mit dem System auch Strom produziert werden. In dem Projekt sollen zum ersten Mal elektrische Hochleistungserhitzer sowie Hochtemperaturspeicher zum Einsatz kommen, wie es seitens des Konsortiums heißt. Somit würde in der Anlage das Problem der CO2-freien Versorgung mit thermischer Energie mit Temperaturen über dem Arbeitsbereich von Wärmepumpen dargestellt.
Der Speicher besteht aus einem sechs Meter hohen, kaminähnlichem Turm. Im Inneren des Turms befinden sich spezielle Keramik-Wabensteine mit vertikalen Lüftungskanälen, die in der Lage sind große Mengen thermischer Energie zu speichern. Dafür wird beim Einspeichern Luft auf 1000 Grad Celsius erhitzt und dann in den Turm eingeleitet. Die Wabensteine erwärmen sich. Beim Ausspeichern wird kalte Luft eingeleitet, die dann thermische Energie aus den Wabensteinen wieder aufnimmt und abtransportiert.
In einem Gebäude neben dem Kamin befinden sich Heizungen, die die Luft auf 1000 Grad Celsius bringen sollen. Zudem sind in dem Gebäude Turbinen zur Stromerzeugung untergebracht. In der Anlage ist ein Stirlingmotor verbaut, der bei 950 Grad Celsius arbeitet. Dabei handelt es sich um einen Motor, bei dem über Wärmezufuhr Gas in einem Zylinder so ausgedehnt wird, darin ein Kolben bewegt.
Solche Motoren finden sich häufig auch Blockheizkraftwerken. Außerdem hat die Anlage auch eine für Kraft-Wärme-Kopplung ausgelegte Organic Rankine Cycle-Anlage, die bei 300 Grad Celsius arbeitet. Bei diesem Prozess wird anstatt Wasser ein organisches Medium mit geringerem Siedepunkt erhitzt, um somit eine Dampfturbine bei geringeren Temperaturen anzutreiben.
Die Einzelkomponenten des Speichers werden bereits seit Jahrzehnten in der Industrie verwendet. Für eine Prozesswärme Versorgung mit 750 Grad Celsius ist das „multiTess“-System daher schon jetzt verfügbar. Auf diesem Temperaturniveau habe der Speicher eine Kapazität von einer Gigawattstunde, mit einer thermischen Entladeleistung von 1 bis 200 Megawatt.
An der Versuchsanlage soll zusätzlich erforscht werden und welchen Betriebsbedingungen der thermische Speicher noch effizienter arbeiten kann. Hierfür wollen die Forschenden Durchströmungsgeschwindigkeit und das Durchströmungsprofil verändern, um zu sehen wie viel Energie bei welcher Temperatur gespeichert werden kann. Auch bei der Ausspeicherung sollen unterschiedlichen Betriebsbedingungen erforscht werden. Das Konsortium, will außerdem sehen, wie sich die Anlage auf künftige Marktanforderungen optimieren lässt.
Die Anlage ist nicht der erste Wärmespeicher. Auch in anderen Städten wird gerade mit Blick auf die Fernwärmeversorgung nach Ersatz für Kohle und Gas gesucht. Seit Juli baut Vattenfall in Berlin einen Wärmespeicher an einem Kohlekraftwerk. In diesem System werden in einem 45 Meter hohen Turm 56 Millionen Liter Wasser gespeichert. Bei überschüssiger Stromproduktion aus Windkraftanlagen wird das Wasser auf 98 Grad Celsius erhitzt, um die Energie im Bedarfsfall in das Berliner Fernwärmenetz auszuspeichern.
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Ich finde den Artikel etwas verwirrend. Ist das jetzt ein power-to-heat Speicher? Was ist denn der Wirkungsgrad?
Nein.
„Bei Bedarf speichert die Anlage die Energie in Fernwärmenetze oder Industrie-Prozesswärme-Anlagen wieder aus.“
Das System soll Wärme aus Verbrennungsprozessen speichern, die zum Zeitpunkt der Erzeugung nicht gebraucht wird.
Im Gegensatz zu üblichen Wärmespeichern, kann man bei derart hohen Temperaturen eben auch Strom draus generieren.
Wie der Wirkungsgrad ist, wird drauf ankommen, welche Energieform du im Nachgang gewinnen willst (ob Strom, Dampf oder Wärme) und wie lange du die Wärme gespeichert hälst.
Da bei diesen Prozessen (z.B. Abwärme aus Kraftwerken, der Industrie oder MVA im Sommer) im Normalfall oft 100% der Wärme ungenutzt bleiben, ist der Wirkungsgrad relativ sekundär.