Siemens entwickelt eine kostengünstige Wärmespeichertechnologie , die das Management überschüssiger Energie aus erneuerbaren Quellen revolutionieren soll. Dieses neue Verfahren, das derzeit in Norddeutschland erforscht wird, könnte sich zu einem globalen Standard für Energieeffizienz entwickeln. Das Prinzip ist einfach: Überschüssige Windenergie wird in Wärme umgewandelt und in einem isolierten Behälter gespeichert. Bei hohem Energiebedarf wandelt eine Dampfturbine diese Wärme in Strom um.
Dieses Modell verspricht aufgrund seiner niedrigen Installations- und Betriebskosten äußerst wirtschaftlich zu sein . Siemens hat von der Bundesregierung finanzielle Unterstützung erhalten, um die Entwicklung in Hamburg in Zusammenarbeit mit Hamburg Energie und der Technischen Universität Hamburg (TUHH) fortzusetzen.
Wärmespeicherbetrieb
Die Technologie basiert auf einem System, das überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen, insbesondere Windkraft, in Wärme umwandelt und in Steinen bei hohen Temperaturen speichert. Das System ist für einen Betrieb bei über 600 Grad Celsius ausgelegt und gewährleistet so eine effiziente Wärmespeicherung. Ein Ventilator, ähnlich dem Prinzip einer Heißluftpistole, leitet Luft auf die Steine, um sie zu erhitzen. Die gespeicherte Wärme wird zur Energierückgewinnung genutzt, um Druck zu erzeugen, der eine Dampfturbine antreibt. Diese wandelt die thermische Energie wieder in Strom um.
Siemens konzentriert sich zudem auf die Optimierung der Lade- und Entladeeffizienz des Speichersystems. Die Art der Isolierung des Systems ist entscheidend für maximale Energieeffizienz und minimale Wärmeverluste. Diese Technologie dürfte sich in den kommenden Jahren deutlich weiterentwickeln.
Das Speichersystem kann derzeit bis zu 36 Megawattstunden Energie in einem Volumen von rund 2,000 Kubikmetern Gestein speichern. Mithilfe eines Kessels erzeugt es eine elektrische Leistung von bis zu 1.5 Megawatt und kann bis zu 24 Stunden betrieben werden. Diese Technologie hat das Potenzial, zukünftig einen Wirkungsgrad von 50 % zu erreichen und damit den aktuellen Wirkungsgrad von 25 % zu übertreffen.
Anwendbarkeit der FES-Technologie
Die von Siemens entwickelte FES-Technologie (Force Energy Storage) ist für die meisten Windkraftanlagentypen geeignet und daher äußerst flexibel und kostengünstig. Trotz ihres großen Potenzials besteht der einzige nennenswerte Nachteil des Systems im benötigten großen Platzbedarf für die Steinspeicherbehälter.
- Die Technologie kann an jede Art von Windkraftanlage angepasst werden und ist somit vielseitig für verschiedene Arten von Installationen geeignet.
- Es wird erwartet, dass das System mit zunehmender Effizienz mehr Energie zu geringeren Kosten erzeugen kann.
Dieses Wärmespeichersystem stellt einen bedeutenden Fortschritt beim Übergang zu erneuerbaren Energien dar. Zusammen mit anderen innovativen Technologien wie dem GeoOrbital-Rad, das Fahrräder in Elektrofahrräder verwandelt , setzt Siemens damit einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu nachhaltiger Energieversorgung.
Wärmespeicher mit Sand
Neben Wärmespeichertechnologien mit Steinen wurden in jüngster Zeit auch andere Systeme wie die Wärmespeicherung in Sand untersucht . Diese Technik ist deutlich wirtschaftlicher und langfristig praktikabler. Institutionen wie das NREL (National Renewable Energy Laboratory) in den Vereinigten Staaten erforschen die Möglichkeit, Sand zur Speicherung von Wärme aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Solarenergie zu nutzen.
Der Sand wird mithilfe von Wind- oder Solarenergie auf Temperaturen von bis zu 1,000 Grad Celsius erhitzt. Anschließend wird er in Silos gelagert und bei steigendem Energiebedarf wiederverwendet. Diese Speichermethode hat den Vorteil, dass mehr als 95 % der gespeicherten Wärmeenergie mindestens fünf Tage lang erhalten bleiben und somit eine effiziente, langfristige Energielösung darstellen.
Im Vergleich zu anderen Energiespeichertechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien oder Pumpspeicherkraftwerken erweist sich die Sandspeicherung mit geschätzten Kosten zwischen 4 und 10 US-Dollar pro Kilowattstunde als deutlich günstiger. Dies steht im Gegensatz zu 150 bis 300 US-Dollar pro kWh für andere Technologien wie Druckluft oder Lithiumbatterien, was Sand als kostengünstige Lösung mit hoher Kapazität für die Zukunft positioniert.
Forschungsprojekte und wirtschaftliche Lagerung
Mehrere europäische Initiativen arbeiten an innovativen Lösungen für die kostengünstige Wärmespeicherung. Ein Beispiel ist das Projekt Reveal , das die Nutzung von Aluminium als Speichermedium für thermische Energie über Monate oder sogar Jahre untersucht . Dieses System nutzt die Verfügbarkeit und den niedrigen Preis von Aluminium, das eine Energiedichte von bis zu 15 MWh/m³ aufweist. Diese Entwicklung stellt eine langfristige und kostengünstige Alternative für die Nutzung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien dar.
Eine weitere vielversprechende Forschung ist die thermochemische Speicherung mithilfe von Metalloxiden, wie sie beispielsweise von RedoxBlox entwickelt wurde. Dieses System ermöglicht die Speicherung von Wärme bei Temperaturen von bis zu 1,500 Grad Celsius unter Verwendung reichlich vorhandener und kostengünstiger Materialien. Zum Aufladen des Systems wird erneuerbarer Strom genutzt, um die Temperatur des Materials zu erhöhen, wodurch Sauerstoff freigesetzt und chemische Energie gespeichert wird. Wenn diese Energie zurückgewonnen werden muss, kehrt das System die Reaktion um und erzeugt Wärme, die in industriellen Prozessen oder zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Vorteile der thermischen Speicherung bei der Dekarbonisierung
Thermische Energiespeicherung ist der Schlüssel zur Dekarbonisierung des Energiesektors und anderer industrieller Prozesse. Angesichts des weltweiten Ausstiegs aus fossilen Brennstoffen und der Suche nach nachhaltigeren Alternativen erweist sich die thermische Energiespeicherung als eine der kostengünstigsten und logistisch praktikabelsten Lösungen.
Diese Art der Speicherung eignet sich nicht nur für die Stromerzeugung, sondern auch für Branchen wie die Stahl-, Zement- sowie die Lebensmittel- und Getränkeindustrie , die große Wärmemengen für ihren Betrieb benötigen. Für diese schwer zu dekarbonisierenden Branchen bietet die Wärmespeicherung eine effektive Lösung zur Elektrifizierung ihrer Produktion ohne CO₂-Emissionen.
Diese Kombination aus niedrigen Kosten, hoher Speicherkapazität und langfristiger Rentabilität macht die Wärmespeicherung zu einer führenden Lösung in der globalen Energiewende.