Mit Langzeitwärmespeichern sicher durch die Dunkelflaute
Was haben Wärmespeicher mit Dunkelflauten zu tun?
Stimmt, sie speichern Wärme und keinen Strom. Aber genau darum geht es: den Stromverbrauch zu steuern. Wird weniger Strom verbraucht, muss auch weniger erzeugt werden. Mit der zunehmenden Elektrifizierung gewinnt Wärme immer stärker an Stromanteil und Wärmespeicher helfen so indirekt, das Stromsystem in Dunkelflauten zu entlasten. Aktuell produzieren wir einen Großteil der benötigten Wärme durch die Verbrennung von Erdgas. Wenn wir Wärme in Speichern vorhalten können, gewinnen wir Leistung für eine sichere Versorgung während der Dunkelflaute. Zudem können Wärmespeicher die Effizienz von Fernwärmesystemen erheblich erhöhen und z. B. als Wärmequelle für Großwärmepumpen dienen. Hier lohnt ein Blick nach Dänemark.
Wie helfen (Langzeit)Wärmespeicher durch die Dunkelflaute?
Wenn Wärmespeicher den Stromverbrauch in einer Dunkelflaute absenken, dann leisten sie einen Beitrag, sicher durch diese für das Stromsystem kritische Phase zu gelangen. Wenn der Speicher beispielsweise Prozesswärme ausspeichert, die sonst mittels Strom erzeugt würde, reduziert sich die Nachfragelast (Beispiel: Kraftblock). Bei Kurzzeitwärmespeichern senkt das die Residuallastspitzen, was bereits heute wertvoll während einer Dunkelflaute ist. Langzeitwärmespeicher hingegen können über eine gesamte Dunkelflaute hinweg den Stromverbrauch reduzieren. In unserem Nachbarland Dänemark gibt es schon einige Langzeitwärmespeicher, die z. B. Wärmenetze puffern. Damit leisten sie einen aktiven Anteil zur Versorgungssicherheit.
Mit Wärme Erdgas im Winter sparen
Besonders im Winter wird viel geheizt. Rund 70 Prozent des Jahresenergieverbrauchs eines durchschnittlichen deutschen Haushaltes entfällt auf Raumwärme. Genau dann, wenn wir also viel Wärme nutzen, ist auch das Dunkelflauten-Risiko am höchsten. Erdgas ist für die Wärmeerzeugung noch der wichtigste Energieträger. Durch die Langzeitspeicherung kann Wind- und Solarstrom damit auch im Winter insbesondere Erdgas ersetzen und unsere Importabhängigkeit reduzieren. Langzeitwärmespeicher tragen damit mehrfach zur Versorgungssicherheit bei.
„In Høje Taastrup bei Kopenhagen wurde 2022 ein großer Erdwärmespeicher mit einer Kapazität von 70.000 m³ errichtet. Er ist an das Fernwärmetransportnetz angeschlossen und soll insbesondere den Einsatz der KWK-Anlagen im Strommarkt optimieren. Nach 12 Jahren soll er sich rechnen, bei Wärmepreisen von 0,7 bis 1,8 Cent/kWh und 10 bzw. 25 Zyklen. Langzeitwärmespeicher wie diese sind heute schon wirtschaftlich und tagen zur Versorgungssicherheit bei.“
Wärmespeicher: Technologie & Arten von Speichern
Langzeitwärmespeicher sind vom Prinzip her keine Kunst. Sie nehmen überschüssige Wärme auf, indem sie ein Material mit hoher Wärmespeicherkapazität (wie Wasser, Gestein oder spezielle Phasenwechselmaterialien) aufheizen. Durch effektive Isolation wird verhindert, dass die Wärme über lange Zeiträume verloren geht, sodass sie bei Bedarf wieder abgegeben werden kann, um Schwankungen im Energieangebot auszugleichen.
Es folgt ein Überblick über verschiedene Arten von Langzeitwärmespeichern sowie Beispielen von Unternehmen, die sie entwickeln oder anbieten. Jeder Speichertyp hat seine eigenen Vorteile und Einsatzbereiche, von Hochtemperaturspeichern bis hin zu unterirdischen Lösungen. Die Liste ist sicher nicht vollständig. Sie veranschaulicht aber, dass die Lösungen für morgen bereits heute vorhanden sind.
Erdtank Langzeitspeicher
Ein Beispiel für einen existierenden Erdtank-Langzeitspeicher nennt sich „eTank“. Es handelt sich dabei um einen Langzeitwärmespeicher für das Eigenheim, bei dem Wärme aus einer Solarthermieanlage mit Hilfe einer Wärmepumpe unterirdisch gespeichert wird. Der eTank reicht bis etwa 1,5 Meter tief in den Boden. Im Erdboden sind Polyethylenrohre eingebettet. Durch diese mit Sole gefüllten Leitungen wird das umgebende Erdreich erwärmt: Die Solarwärme fließt direkt in den unterirdischen Speicher, der zusätzlich auch Wärmequellen mit niedriger Temperatur, wie etwa Abluftwärme, aufnehmen kann. Mit nur geringen Verlusten kann so im Sommer produzierte Wärme in den Winter transportiert werden.
Ein Beispiel eines Anbieters ist deematrix
Erdbecken-Wärmespeicher
Ein Erdbecken-Wärmespeicher ist ein großes, künstlich angelegtes Becken im Boden, das mit Wasser gefüllt, gedämmt und abgedeckt ist. Er speichert überschüssige Wärme aus dem Sommer, beispielsweise aus Solarthermieanlagen oder Abwärme, um sie im Winter wieder nutzbar zu machen. Das Wasser im Speicher kann auf bis zu 95 °C erhitzt werden und dient so als saisonaler Energiespeicher. Eine schwimmende Abdeckung sorgt dafür, dass möglichst wenig Wärme verloren geht und schützt den Speicher vor Regen und Verschmutzung. Im Projekt Efficient Pit entwickeln Forschende neue Materialien und Bauweisen, um diese Abdeckung und die Dichtungsbahnen effizienter, langlebiger und kostengünstiger zu gestalten. Erdbecken-Wärmespeicher gelten als kostengünstige und multifunktionale Lösung, da sie Wärme aus verschiedenen Quellen koppeln und über lange Zeiträume bereitstellen können.
Geothermische Langzeitspeicher / Feststoff-Wasser-System
Der Speicher besteht aus einem Feststoffmaterial, meist Zement, der als thermischer Verfüllbaustoff unter dem Gebäude eingebracht wird. Die Poren dieses Materials werden mit Wasser gefüllt, wodurch die Wärmespeicherkapazität stark steigt. In den Speicher sind Wasserrohre als Wärmetauscher integriert, die mit dem Heizsystem des Gebäudes verbunden sind. Das im Rohrsystem zirkulierende Wasser nimmt Wärme aus dem Zement auf (im Winter) oder gibt Kälte ab (im Sommer). So kann z. B. Solarwärme aus dem Sommer gespeichert und später für Heizung oder Warmwasser genutzt werden. Diese Speicher sind für minimale Auswirkungen auf die Umwelt sowie Langlebigkeit und hohe Effizienz ausgelegt.
Ein Beispiel eines Anbieters ist SCHEER Heizsysteme
Molten-Salz-Wärmespeicher
Ein Molten-Salz- Wärmespeicher, auch Salzschmelze-Speicher genannt, nutzt geschmolzene Salze, die bei hohen Temperaturen Wärme aufnehmen, speichern und bei Bedarf wieder abgeben können. Die Technik funktioniert so, dass konzentrierte Sonnenenergie eingesetzt wird, um ein Salzgemisch zu erhitzen. Die Salzschmelze dient dabei als Speichermedium und gibt später ihre gespeicherte Wärme zur Erzeugung von Dampf oder direkter Wärmeversorgung ab. Anwendung findet dieses System beispielsweise bei einem der größten Solarparks weltweit in Dubai und industriellen Prozessen, bei denen Wärme zwischen Erzeugung und Verbrauch entkoppelt werden muss. Zu den Vorteilen zählen eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die Fähigkeit zur Speicherung großer Energiemengen bei konstanten Temperaturen. Schmelz-Salz-Wärmespeicher werden vor allem in Form von Großanlagen eingesetzt.
Ein Beispiel eines Anbieters ist Siemens Energy
Beton-Wärmespeicher
Ein Beton-Wärmespeicher nutzt das Volumen eines massiven Betonbauteils oder speziell gegossener Betonmodule als Wärmespeichermedium: In Rohre eingebettete Wärmeüberträger leiten Heiz- oder Kühlflüssigkeit durch den Beton, wodurch dieser erwärmt oder gekühlt wird und die Energie in seiner Masse speichert. Dank der hohen Masse und Dichte erreicht Beton eine große Wärmekapazität und eignet sich für Anwendungen wie Gebäudekernaktivierung (Wände/Decken als Heiz-/Kühlflächen) oder industrielle Langzeitspeicherung bei Temperaturen von vielen 100 °C. Typische Einsatzfelder sind sowohl der Gebäudesektor zur Nutzung von Solar- oder Umweltwärme als auch industrielle Prozesse mit Abwärme- oder Prozesswärmequellen.
Ein Beispiel eines Anbieters ist EnergyNest
Stahlspeicher, Glasschlackespeicher, oder ähnliche Konzepte
Ein Stahlspeicher speichert Wärme, indem Überschüsse aus Wind- und Solarstrom per „Power-to-Heat“ über eine elektrische Heizung in Wärme umgewandelt werden. Mit dieser Wärme wird ein Speicherkern aus Stahlplatten, Stahlkugeln oder Glasschlackekugeln auf zwischen 300 bis 1300 °C erwärmt. Durch die hohe Energiedichte des Speichermaterials lässt sich auf kleiner Fläche eine große Wärmemenge speichern und bei Bedarf Wärme wieder ausspeisen. Dank der Robustheit des Materials sind solche Speicher langlebig. Damit bieten Stahlspeicher eine technisch ausgereifte Lösung, um volatile Erneuerbare Energie flexibel nutzbar zu machen – ein wichtiger Baustein für stabile Versorgung trotz Dunkelflauten.
Ein Beispiel eines Anbieters ist Kraftblock
Sicher durch die Dunkelflaute: Die Anleitung auf zwei Seiten
Das Faktenpapier Dunkelflaute zeigt auf zwei Seiten, wie Dunkelflauten heute, morgen und übermorgen bewältigt werden. Welche Brennstoffe werden wir nutzen? Welche Technologien werden eingesetzt? Wie werden Batteriespeicher helfen? Was für eine Entwicklung wird Biogas in den nächsten Jahren durchlaufen? Wir haben die wichtigsten Punkte dieser Webseite für Sie zusammengefasst.