Hoher Wirkungsgrad Hochtemperaturspeicher für die Energiewende

Redakteur: Rebecca Vogt

An der Technischen Hochschule (TH) Mittelhessen arbeitet ein Projektteam an der Entwicklung eines Hochtemperaturspeichers für Strom aus erneuerbaren Energien. Elektrische Heizelemente erzeugen dabei eine Wärme von bis zu 1200 °C, die dann in Keramikelementen gespeichert wird. Wandelt man die Wärme wieder in Strom und Heizenergie, sollen 80 % der Ausgangsenergie nutzbar sein.

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Die Wissenschaftler der TH untersuchen feuerfeste Keramiken bei Temperaturen von mehr als 1000 °C.
Die Wissenschaftler der TH untersuchen feuerfeste Keramiken bei Temperaturen von mehr als 1000 °C.
(Bild: TH Mittelhessen)

Knapp ein Drittel tragen erneuerbare Energien aktuell zur Stromproduktion in Deutschland bei. Bis 2050 ist das Ziel der Bundesregierung, diesen Anteil auf 80 % auszubauen. Da Energiequellen wie Sonne oder Wind aber zum Beispiel abhängig von den Witterungsbedingungen sind, werden Speichersysteme benötigt, um das Ziel zu erreichen und die Energiewende zu schaffen.

Die Speicher haben die Aufgabe, die stark schwankende Einspeisung des Stroms aus erneuerbaren Quellen auszugleichen – und so das Stromnetz zu stabilisieren. Mögliche Techniken sind zum Beispiel Batterie-, Gas- oder Pumpspeicher. Eine weitere Alternative besteht darin, Energie in Form von Wärme zu speichern.

Hoher Wirkungsgrad

An der TH Mittelhessen arbeitet daran eine Gruppe um Projektleiter Prof. Dr. Stefan Lechner vom Zentrum für Energietechnik und Energiemanagement. Kooperationspartner sind die Stadtwerke Gießen und die Heuchelheimer Schunk GmbH. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt im Rahmen des Programms „Forschung an Fachhochschulen“ mit 1,58 Mio. €.

Das Ziel von Lechners Arbeitsgruppe ist es, einen neuartigen Hochtemperaturspeicher zu entwickeln. Dabei erzeugen elektrische Heizelemente eine Wärme von bis zu 1200 °C, die dann in Keramikelementen gespeichert wird. Bei Bedarf kann die Wärme über eine Gasturbine wieder in Strom und Heizenergie umgewandelt werden. 80 % der Ausgangsenergie sollen mit dem Verfahren nutzbar sein.

Lasertechnik für die Bauteilfertigung

Wie die TH Mittelhessen mitteilt, liegen die Forschungsschwerpunkte des Projekts unter anderem auf Fragen der optimalen Geometrie des Speichers und der Integration der Heizelemente in den Speicherblock, der aus keramischen Formsteinen besteht. Bestimmte Bauteile wie zum Beispiel Turbinenlaufräder oder Keramikkomponenten wollen die Wissenschaftler mit Verfahren der Lasertechnik fertigen, um die Gesamteffizienz der Anlage zu verbessern. Für diesen Bereich ist Prof. Dr. Klaus Behler vom Kompetenzzentrum für Optische Technologien und Systeme der TH verantwortlich.

Auf dem Betriebsgelände der Stadtwerke Gießen werden die Kooperationspartner indes eine Demonstrationsanlage mit einer Speicherkapazität von 1750 kWh aufbauen. Insgesamt seien Großanlagen mit deutlich höherer Kapazität von bis zu 100 MWh möglich – eine Energiemenge, die über 10.000 Haushalten einen Tag lang genügend Strom böte.

Energieeffiziente Stadt der Zukunft

Lechner sieht das Hochtemperatur-Speichersystem als einen wichtigen Baustein für die energieeffiziente Stadt der Zukunft. „Durch die unkomplizierte Einspeicherung erneuerbarer Energien in Zeiten hoher Produktion und eine zeitversetzte Rückgewinnung von Strom und Wärme können ganze städtische Quartiere versorgt werden. Das System liefert Energie für Haushalte, Gewerbe und auch Elektrofahrzeuge“, sagt der Projektleiter. Im Vergleich zu anderen Techniken sei die Kapazität der Hochtemperaturspeicher zudem kostengünstig skalierbar.

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