16. September 2020
Energiewende

Ers­te Car­not-Bat­te­rie mit Dampf­kraft spei­chert Strom in Wär­me

Standortunabhängige Speicher im Gigamaßstab
Stand­ortu­n­ab­hän­gi­ge Spei­cher im Gi­ga­maß­stab
Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Standortunabhängige Speicher im Gigamaßstab

Car­not Bat­te­ri­en sind zy­klen­fes­te Strom-Wär­me-Strom-Spei­cher zur Spei­che­rung großer Elek­tri­zi­täts­men­gen.
  • DLR und das europäische CHESTER-Konsortium bauen die weltweit erste Carnot-Batterie auf Basis von Dampfkraft-Prozessen.
  • Herzstück der neuartigen Carnot-Batterie ist ein vom Institut für Technische Thermodynamik entwickelter Latentwärmespeicher mit besonderen Wärmeübertragungseigenschaften.
  • Thermoelektrische Speicher eignen sich für eine sichere und flächendeckende Stromversorgung aus erneuerbaren Energien.
  • Schwerpunkte: Energie, Energiewende, Energieeffizienz, Klimawandel

Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entsteht derzeit die weltweit erste, auf einem innovativen Dampfkraft-Prozess basierende Carnot-Batterie. Sie funktioniert nach dem vom DLR entwickelten CHEST-Verfahren (Compressed Heat Energy STorage).

Carnot-Batterien speichern Strom in Form von Wärme. Sie sind ein zukunftsweisendes Element, um Elektrizität aus erneuerbaren Energien flächendeckend und zuverlässig verfügbar zu machen. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie des europäischen CHESTER-Konsortiums (Compressed Heat Energy Storage for Energy from Renewable Sources) arbeitet das DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart an dieser neuartigen Speicher-Lösung.

"Carnot-Batterien haben das Potenzial, ein wichtiger Baustein für die Energiewende zu werden", erläutert Prof. André Thess, Direktor des Instituts für Technische Thermodynamik. "Denn solche Wärmespeicher lassen sich gezielt in die Netze und Energiesysteme von morgen einbinden, um die zeitlich und örtlich schwankende Stromgewinnung aus Sonnen- und Windenergie auszugleichen sowie Lastspitzen abzudecken." Mit Speicherkapazitäten von bis zu tausend Megawattstunden elektrischer Energie können Carnot-Batterien beispielsweise eine Stadt wie Stuttgart stabil mit Strom versorgen. Dadurch lassen sich die Energiesektoren Elektrizität und Wärme effizient koppeln. Zudem sind Carnot-Batterien aufgrund der verwendeten Materialien umweltfreundlicher als konventionelle Batterien.

Wärme als Zwischenspeicher für erneuerbaren Strom

Eine Carnot-Batterie wandelt mittels einer elektrischen Wärmepumpe gerade nicht benötigten, erneuerbaren Strom in Wärme um. Diese wird in einem kostengünstigen Medium, wie Wasser oder Flüssigsalz, zwischengespeichert. Bei Bedarf lässt sich mittels einer Wärmekraftmaschine die Wärme wieder in Strom zurückumwandeln, wie bei einer Dampfmaschine mit einem Generator.

Die DLR-Forschenden haben mit ihrer langjährigen Erfahrung und Technologiekompetenz auf dem Gebiet der thermischen Energiespeicher das Herzstück der Anlage entwickelt: einen Latentwärmespeicher mit patentiertem Doppelrippenrohr-Wärmeübertrager. Das Besondere daran ist, dass der Wärmespeicher gleichzeitig als Wärmetauscher zwischen Wärmepumpe und Wärmekraftmaschine dient. Dieser im Jahr 2013 vom Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart entworfene Lösungsansatz ist technologisch sehr vielversprechend, weil sich dadurch Energieverluste gegenüber Technologien, wie beispielsweise Druckwasserspeicher, verringern lassen. Dadurch lassen sich höhere Wirkungsgrade der Speicherung (von Strom zu Strom) erzielen.

Neuartige Spezialentwicklungen im Projekt sind auch die Hochtemperatur-Wärmepumpe von der spanischen Großforschungseinrichtung TECNALIA und die Wärmekraftmaschine der Universität Gent.

Ein erster Testbetrieb der Pilotanlage soll noch in diesem Jahr erfolgen. Im nächsten Entwicklungsschritt wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Konzept in größerem Maßstab testen.

Internationaler Workshop zur Entwicklung von Carnot-Batterien

Im Rahmen der internationalen Zusammenarbeit stellt das DLR-Institut Ergebnisse auf dem 2nd International Workshop on Carnot Batteries vor. Rund 100 Expertinnen und Experten für Energiespeicherung aus Forschung und Industrie treffen sich zum virtuellen Austausch, um Kriterien zu entwickeln, den aktuellen Entwicklungsstand von Carnot-Batterien sowie die Wettbewerbsfähigkeit zu beurteilen und Anwendungsfelder zu identifizieren.

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