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05 | 2019

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EnergieForum Die „Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (Tesis)“ wird seit Dezember 2017 in Köln betrieben. Mit der Anlage wird erstmalig für diese Technologie der Labormaßstab in Deutschland verlassen und die Hochtemperatur-Wärmespeicherung in Flüssigsalz im MWh-Maßstab untersucht. Bild: DLR Hochtemperatur-Wärmespeicherung in Flüssigsalzspeichern Energie aus dem Salz ENERGIESPEICHER | Für eine zukünftige klimaneutrale Energie - versorgung mit volatilen erneuerbaren Quellen werden Energiespeicher benötigt. Im Niedertemperaturbereich dominieren Warmwasserspeicher den Gebäudewärmemarkt. Die Anwendungsfelder von Hochtemperatur- Wärmespeichern liegen hingegen im Bereich der energieintensiven Industrieprozesse und der Kraftwerkstechnik. Für diese Anwendungen untersucht das DLR in der „Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (Tesis, Test Facility for Thermal Energy Storage in Molten Salt)“ innovative Hochtemperatur-Wärmespeicher. Autor Dr. Thomas Bauer, Jahrgang 1975, Studium der Elektrotechnik an der Hochschule Heilbronn. Promotion zum Thema Thermophotovoltaik an der Northumbria Univer - sity, Vereinigtes Königreich. Leiter des Fachgebiets Thermische Systeme für Flüssigkeiten am Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), Köln. i thomas.bauer@dlr.de Bei der fluktuierenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien können Hochtemperatur-Wärmespeicher in der Kraftwerkstechnik eingesetzt werden, um volatilen erneuerbaren Strom zu verstetigen. In solarthermischen Kraftwerken sind Flüssigsalzspeicher bereits für die bedarfsgerechte Stromerzeugung kommerziell und großtechnisch im Einsatz. Im Bereich der konventionellen fossilen Kraftwerke bieten Wärmespeicher das Potenzial, diese durch integrierte Wärmespeicherung zu flexibilisieren oder zu Wärmespeicherkraftwerken, die mit erneuerbarem volatilem Strom gespeist werden, umzurüsten. Ein weiteres Anwendungsfeld sind energieintensive Industrieprozesse wie bei der Produktion von Stahl, Eisen, Nichteisenmetallen, Glas, Zement oder chemischen Produkten. Die Speicher können in diesen Prozessen die Energieeffizienz steigern. Thermische Energiespeicher im Hochtemperaturbereich Die Tabelle zeigt die verschiedenen Technologien zur Hochtemperatur-Wärmespeicherung mit ihren jeweiligen Kennwerten. Die Auswahl der Speichertechnologie wird maßgeblich vom Temperaturbereich und Wärmeträgermedium bestimmt. 1 ) https://www.tib.eu/de/suchen/id/ TIBKAT%3A771259700/Flexibilisierungvon-Gas-und-Dampfturbinenkraftwerken/ 42 BWK Bd. 71 (2019) Nr. 5

EnergieForum Speichermedium Speichertyp Typ. Temperatur °C Wärmeträger Druck Speichermedium Sicherheitsaspekte Medium kWh/m³ Medium kWh/t Typisches DT Medium kW/m 3 Medium kW/t Konstante Leistung Markteinführung Power-to-Heat-Status Regenerator Keramik Sensibel fest 400 bis 1 600 Gase drucklos Hohe Temperatur 70 bis 150 50 bis 100 100 bis 500 K 20 bis 40 15 bis 25 nein vor 1900 F&E Ruths Druckwasser Sensibel flüssig 150 bis 230 Sattdampf, Druckwasser 5 bis 30 bar Druckgerät bis 100 bis 100 10 bis 100 K bis 3 000 bis 3 000 nein 1920 bis 1930 kommerziell Flüssigsalz Flüssige Nitratsalze Sensibel flüssig 170 bis 560 Typ. Wärme - übertragung auf (überhitzten) Dampf drucklos brandfördernd 75 bis 200 40 bis 110 100 bis 275 K Wärmeübertrager Wärmeübertrager ja 2008 verfügbar Thermoöl Mineralöl Sensibel flüssig RT bis 300 Typ. Wärme - übertragung auf ORC drucklos brennbar 50 bis 150 60 bis 190 100 bis 275 K Wärmeübertrager Wärmeübertrager ja vorkommerziell verfügbar Latentwärmespeicher Nitratsalz Latent 120 bis 330 Dampf, maximale Überhitzung 330 °C drucklos brandfördernd 50 bis 200 30 bis 100 20 K 5 bis 500 3 bis 300 nein vorkommerziell F&E Tabelle Übersicht zu thermischen Energiespeichern im Hochtemperaturbereich. Seit vielen Jahrzehnten werden Regeneratoren und Druckwasserspeicher im Prozesswärmebereich eingesetzt. Der Einsatz bezieht sich hierbei insbesondere auf die energieintensive Industrie. Für konventionelle Kraftwerke eröffnet die Integration thermischer Energiespeicher eine vielversprechende Option, um die zukünftigen Flexibilitätsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Beispielsweise wurde im Projekt „Flexibilisierung von Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmespeichern (FleGs)“ 1 ) ein Konzept zur Integration eines Regenerators zur Flexibilisierung eines Gas- und Dampfturbinen (GuD)-Kraftwerks hinsichtlich der Stromund Wärmebereitstellung ausgearbeitet. In solarthermischen Kraftwerken werden seit etwa zehn Jahren Flüssigsalzspeicher großtechnisch eingesetzt. Mittlerweile sind hier bereits signifikante Speicher - kapazitäten in diesen Kraftwerken weltweit installiert. Die installierte Kapazität betrug mehr als 30 000 MWh (th.) mit einer netzdienlichen Speicherleistung von mindestens 1 500 MW (el.) im Jahr 2015. Typische Speichergrößen reichen hierbei von 7 bis 12 Stunden. Bild 1 zeigt ein Flüssigsalz-Speichersystem mit einer Kapazität von rund 1 000 MWh (th.). Bild 1 Flüssigsalzspeicher in einem solarthermischen Kraftwerk. Bild: Andasol 3 Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen Derzeitig werden Flüssigsalzspeicher ausschließlich im Sonnengürtel in solarthermischen Kraftwerken genutzt. Zur Weiterentwicklung der Technologie und Bild 2 DLR-Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen mit vereinfachtem Schema der beiden getrennten Teilanlagen „Tesis:com“ und „Tesis:store“. BWK Bd. 71 (2019) Nr. 5 43

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