Thermische Großspeicher sollen Netz stabilisieren

20.04.2021 – Im Verbundprojekt LIMELISA erforschen das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit dem Industriepartner KSB die Grundlagen, um mit Hochtemperaturtechnologien elektrothermische Netzspeicher zu entwickeln, mit denen sich große Mengen Energie aus erneuerbaren Quellen puffern lassen.

Elektrothermische Großspeicher könnten dazu beitragen, einerseits die Menge an abgeregeltem Strom aus erneuerbaren Quellen zu reduzieren und andererseits verhindern, dass bei geringerer Netzeinspeisung die erneuerbaren Energien durch Strom aus fossilen Quellen ersetzt wird. Ferner sollen die Speicher die Netzstabilität erhöhen.

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Im Forschungsprojekt LIMELISA am KIT werden Komponenten für thermische Großspeicher in einem Flüssigmetallkreislauf getestet. (Foto: Karsten Litfin, Karlsruher Institut für Technologie)

Werkstoffe und Komponenten für hocheffiziente Energiespeicher

Die Grundidee besteht darin, Strom in Wärme zu wandeln, diese Wärme in Speichern zu puffern und bei Bedarf wieder in Elektrizität umzuwandeln. „Durch Verwendung von Medien wie Salzschmelzen und flüssigen Metallen als Speicher- und Wärmetransportmedien können sehr hohe Temperaturen erreicht werden“, sagt Professor Thomas Wetzel, der am Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) sowie am Institut für Thermische Verfahrenstechnik des KIT forscht.

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Vorversuch für elektrothermische Speicher: Ein Speicher mit Schüttgut und Flüssigmetall als Wärmeträgerfluid (Foto: Franziska Müller-Trefzer, Karlsruher Institut für Technologie)

Konventionelle elektrothermische Speichersysteme arbeiten etwa auf Basis von Nitratsalz. Sie können unter anderem aufgrund der verwendeten Werkstoffe und Komponenten wie Pumpen und Ventile aber bislang nur bei Temperaturen von bis zu maximal 560 Grad Celsius betrieben werden. „Für die Rückverstromung mit konventionellen Dampfkraftwerken sind deutlich höhere Temperaturen notwendig“, sagt Projektleiterin Dr. Klarissa Niedermeier vom ITES. Dazu werden am KIT die Schlüsselkomponenten in einem bis zu 700 Grad heißen Bleikreislauf getestet. Der direkte Kontakt mit dem Flüssigmetall macht dabei spezielle Werkstoffe notwendig, die ebenfalls am KIT entwickelt und getestet werden. Am Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik wird an diesen speziellen Stahlmischungen gearbeitet, unter anderem wird Aluminiumoxid getestet, das als eine Art Schutzschild für Pumpen und Armaturen fungieren soll.

Speicher für den Strom-Wärme-Strom-Prozess

Wärmespeicher im industriellen Maßstab kommen bereits heute zum Einsatz: In der konzentrierenden Solarthermie wird Wärme in Salzschmelzen gespeichert und in Dampfkraftwerken in Strom umgewandelt. Im Verbundprojekt LIMELISA (steht für: Liquid Metal and Liquid Salt Heat Storage System) unterstützen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT nun die Entwicklung thermischer Speicher der nächsten Generation, die speziell für den Strom-Wärme-Strom-Prozess ausgelegt werden. Sie konzentrieren sich dabei auf Flüssigmetalltechnologien, während am DLR mit Salzschmelzen gearbeitet wird. Koordiniert und ergänzt wird die Forschung vom Pumpen- und Armaturenhersteller KSB, der seit den 1960er-Jahren Erfahrungen mit Flüssigmetallkreisläufen gesammelt hat.

Vielseitige Einsatzmöglichkeiten

Neben dem im Projekt LIMELISA verfolgten Strom-Wärme-Strom-Prozess können die dabei entwickelten Technologien den Projektpartner zufolge auch dazu verwendet werden, Wärmenetze mit erneuerbarem Strom zu versorgen. In der Industrie wiederum können sie effizient Hochtemperatur-Prozesswärme liefern, wie sie in der Chemie- und Baustoffindustrie oder bei der Metallverarbeitung benötigt wird.

www.energie.kit.edu
www.dlr.de
www.ksb.com

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