Strom-zu-Wärme-Technologien mit Salzspeicher für den Einsatz in der Industrie und in PV-CSP-Hybridkraftwerken
Der Industriesektor bezieht etwa 30 Prozent des Endenergiebedarfs Deutschlands. Davon werden etwa 66 Prozent in Form von Wärme für chemische oder thermische Prozesse bereitgestellt, wobei je nach Prozess oft große Mengen ungenutzter Abwärme bei niedrigen Temperaturen bis zu 150°C anfallen.
Im Rahmen des Projekts SWS werden Konzepte für die Nutzung dieser Abwärme entwickelt: Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe kann die Abwärme auf ein für Industrieanwendungen interessantes Temperaturniveau von über 500°C bringen und so einen erheblichen Teil fossiler Brennstoffe einsparen. Um die Wärme auf die höhere Temperatur zu „pumpen“ benötigt eine Wärmepumpe allerdings elektrischen Strom. Man zählt die Technologie daher zu den Strom-zu-Wärme-Technologien (engl.: Power-to-Heat, P2H). Derzeit erreichen kommerziell verfügbare Wärmepumpen jedoch nur Maximaltemperaturen von ca. 160°C. Bis zur Marktreife von Wärmepumpen für das angestrebte Temperaturniveau von 500°C ist daher noch Forschungsarbeit zu leisten.
Das Gesamtkonzept umfasst außerdem einen Flüssigsalzspeicher, der die Speicherung der Hochtemperaturwärme für die Bedarfsdeckung zu einem späteren Zeitpunkt ermöglicht. Je nach Auslegung der Anlage kann der Speicher flexibel mit Überschussstrom geladen und so das Stromnetz entlastet werden.
Als Alternative zu Hochtemperatur-Wärmepumpen werden Konzepte mit Widerstandserhitzer untersucht, welche für Temperaturen von 500°C derzeit schon kommerziell verfügbar sind. Diese können keine industrielle Abwärme verwerten, aber dennoch erheblich zur Netzstabilität beitragen, indem überschüssiger Strom in Form von Wärme gespeichert wird.
Im Rahmen des Projekts werden für konkrete Fallbeispiele passgenaue P2H-Konzepte für bis zu drei Industrieanlagen entwickelt.
Im zweiten Teil des Projekts SWS wird die Anwendung von Hochtemperatur-Wärmepumpen und Widerstandserhitzern für die Flexibilisierung von PV-CSP-Hybridkraftwerken untersucht (PV = Photovoltaik, CSP = konzentrierende Solarstromerzeugung, von engl. Concentrated Solar Power). PV-Kraftwerke können sehr günstig Strom produzieren, solange die Sonne scheint. Die Stromspeicherung für die Nacht in Batterien ist derzeit nicht wirtschaftlich. CSP-Kraftwerke können auf Grund ihres thermischen Speichers Solarstrom rund um die Uhr liefern, allerdings zu höheren Kosten. CSP-PV-Hybridkraftwerke kombinieren beide Vorteile, indem PV tagsüber Strom liefert und CSP in der Nacht.
Im Projekt SWS wird untersucht, ob P2H-Technologien für solche Hybridkraftwerke eine wirtschaftlich attraktive Ergänzung darstellen, weil sie die Möglichkeit bieten, Überschussstrom aus der PV-Anlage oder dem Stromnetz thermisch zu speichern, und so das Stromnetz entlasten. Konkret werden CSP-Kraftwerke mit Parabolrinnenkollektoren untersucht, welche derzeit maximal Temperaturen von 400°C erreichen. Hier werden durch den Einsatz von P2H-Technologien höhere Temperaturen erreicht und somit die thermische Speicherkapazität und der Wirkungsgrad der Turbine erhöht.
Landesregierung NRW
Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ im Rahmen des Leitmarktwettbewerbs ErneuerbareEnergien.NRW