Auf der Suche nach dem idealen Speicher

| Redakteur: Julia Schmidt

Carnot Batterien sind zyklenfeste Strom-Wärme-Strom-Speicher zur Speicherung großer Elektrizitätsmengen.
Carnot Batterien sind zyklenfeste Strom-Wärme-Strom-Speicher zur Speicherung großer Elektrizitätsmengen. (Bild: HMI_Carnot_Batterie / BY 3.0)

Der DLR, die Uni Stuttgart und das KIT wollen zusammen den Bau einer Forschungsanlage zur Entwicklung hocheffizienter und kostengünstiger Energiespeicher vorantreiben. Man will dort Speicher im Kraftwerksmaßstab entwickeln, die große Mengen an elektrischer Energie aufnehmen und wieder abgeben können.

In einem nachhaltigen Energiesystem sind Energiespeicher für die Integration von erneuerbaren Energien von existentieller Bedeutung. Bislang fehlen jedoch ortsunabhängige und kostengünstige Speicher im Kraftwerksmaßstab. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Universität Stuttgart und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beabsichtigen den gemeinsamen Bau der Forschungsanlage NADINE (Nationaler Demonstrator für Isentrope Energiespeicher) an den Standorten Stuttgart und Karlsruhe, um kostengünstige und nahezu verlustfrei arbeitende Energiespeicher zu entwickeln.

Für den Aufbau der Infrastruktur in Stuttgart und Karlsruhe haben die drei Forschungseinrichtungen am 8. Oktober 2018 ihre Zusammenarbeit vereinbart. Ziel der Forschungsarbeiten sind Energiespeicher, die große Mengen an elektrischer Energie aufnehmen und wieder abgeben können. Das Design der Forschungsanlage wird im Rahmen eines 18-monatigen Projekts mit Start am 1. Januar 2018 erarbeitet. Das Designprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau des Landes Baden-Württemberg gefördert.

Flexible und nahezu verlustfreie Energiespeicher

„Die Energiewende gehört zu den dringenden Herausforderungen unserer Gesellschaft. Mit der Entwicklung von Speichern arbeitet das DLR in der Energieforschung an Lösungen für eines der Schlüsselthemen. Effiziente Speicher können eine zuverlässige Energieversorgung bei einem immer größer werdenden Anteil erneuerbarer Energien sichern. Überdies können große Wärmespeicher dazu beitragen, die CO2-Emissionen von Kohlekraftwerken durch Umbau zu Wärmespeicherkraftwerken weltweit zu reduzieren“, sagte die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Pascale Ehrenfreund.

Die Speicherung von elektrischer Energie im Gigawattstunden-Maßstab ist mit Pumpspeicherkraftwerken und Batteriespeichern prinzipiell bereits heute möglich. Allerdings können in Deutschland kaum weitere Pumpspeicherkraftwerke gebaut werden, Batteriespeicher in dieser Größenordnung sind derzeit zu teuer und nicht langlebig genug. Das hinter NADINE stehende Konzept sieht vor, flexible und nahezu verlustfreie Energiespeicher zu entwickeln, so genannte isentrope Speicher. Als isentrop wird ein Prozess bezeichnet, der in einem abgeschlossenen System stattfindet, bei dem es zu keinen Wärme- oder Materieaustausch mit der Umgebung kommt.

Carnot-Batterien – Strom-Wärme-Strom-Speicher

Im Zentrum der Forschungsaktivitäten stehen „Carnot-Batterien“, auf Englisch auch Power-to-Heat-to-Power genannt. Hier wird Strom durch Hochtemperaturwärmepumpen in Wärme umgewandelt, die Wärme preiswert gespeichert und bei Bedarf mittels eines Wärmekraftprozesses rückverstromt. Mit ihrer Forschung wollen die an NADINE beteiligten Wissenschaftler langfristig demonstrieren, dass Carnot-Batterien Strom mit einem Wirkungsgrad bis zu 70 Prozent speichern können. Wärmepumpen- und Wärmespeichertechnologien können zudem dazu beitragen, Kohlekraftwerke zu Wärmespeicherkraftwerken umzubauen so wie es die Bundesregierung im Koalitionsvertrag als Beitrag zum Klimaschutz vorgesehen hat.

„Die geplante Forschungsanlage NADINE wird eine ideale Grundlage bieten, um ortsunabhängige und preiswerte Speicher im Kraftwerksmaßstab zu entwickeln“, beschreibt Prof. Andre Thess, Koordinator von NADINE und Direktor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik, das Projekt. In den Laboren werden über eine sogenannte „Wärmeplattform“ Wärmesenken und Wärmequellen bereitgestellt, auf denen, ähnlich wie in einem Windkanal, einzelne Komponenten und auch komplette isentrope Energiesysteme erforscht werden können. Dabei erproben die Forscher zum Beispiel, wie die unterschiedlichen Speichereinheiten ausgelegt sein müssen, welche Materialien geeignet sind und wie die einzelnen Komponenten am besten zusammenspielen. In Stuttgart sind ein Nieder- und ein Hochtemperatur-Labor geplant, in Karlsruhe ein Höchsttemperatur-Labor, in dem Flüssigmetalle bei Temperaturen bis über 900 Grad Celsius erforscht werden können.

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posted am 15.10.2018 um 14:29 von Unregistriert


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