Wärmespeicher für Windstrom

Konzept eines thermischen Speichers für Windenergie.  ergie fördert die Forschung.

Konzept eines thermischen Speichers für Windenergie. (Bild: Siemens)

Gemeinsam mit der Tech­nischen Univer­sität Hamburg Harburg TUHH und dem städtischen Energie­versorger Hamburg Energie forscht das Technologie­unternehmen Siemens in der Hansestadt an einer Speicher­lösung, die künftig Maßstäbe bei der Wirtschaft­lichkeit setzen soll. Überschüssige Windenergie lagert dabei in Wärme umgewandelt in einer Steinschüttung, die mit einem Isolier­mantel geschützt ist. Bei zusätzlichem Strom­bedarf wandelt eine Dampfturbine die Wärme­energie zurück in Strom. Das einfache Prinzip dieses Speichers verspricht einen äußerst kosten­günstigen Aufbau. Das Projekt erhält deshalb eine Forschungs­förderung vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie.

Aktuell betreibt Siemens in Hamburg-Bergedorf einen Testaufbau des Speichers mit dem Namen Future Energy Solution, kurz FES. Dort erforscht das Unternehmen gemeinsam mit Wissen­schaftlern des Instituts für Thermo­fluiddynamik der TUHH, wie das Laden und Entladen des Speichers besonders effizient gestaltet werden kann. Die Anordnung der Schüttung und die Form des umgebenden Isolier­behälters haben dabei einen wesentlichen Einfluss. Getestet wird der Speicher mit Tempe­raturen von über 600 Grad Celsius. Ähnlich wie ein Heiß­luftfön bringt ein Gebläse mittels elektrisch erhitzten Luft­stromes die Steine auf Temperatur. Beim Aus­speichern erhitzen die heißen Steine wiederum den Luftstrom, der dann einen Dampfkessel beheizt, dessen Druck über eine Turbine einen Generator antreibt.

Weil in dem aktuellen Testaufbau lediglich die thermischen Voraus­setzungen des Speicher­verfahrens erprobt werden, fehlt dort die Rück­verstromung. Die komplette Energie­umwandelung vom Strom zur Wärme­speicherung in der Stein­schüttung und wieder zurück zum Strom wollen die Forscher erstmals ab Frühjahr 2017 erproben. Dann entsteht ein vollständiger ther­mischer Speicher auf dem Gelände der Aluminium­hütte Trimet in Hamburg-Altenwerder südlich der Elbe an der Autobahn A7. Die FES im Vollformat wird etwa 36 Megawatt­stunden an Energie speichern können – in einem Behälter mit rund 2.000 Kubikmetern Gestein. Über einen Kessel erzeugt die darin gespeicherte Wärme so viel Dampf, dass eine Siemens Kompakt-Dampf­turbine damit bis zu 24 Stunden lang eine Leistung von bis zu 1,5 Megawatt Strom erzeugen kann. Die Forscher rechnen damit, bereits in diesem frühen Entwicklungs­stadium einen Wirkungs­grad von rund 25 Prozent zu erzielen. Das Konzept bietet künftig ein Potential für Wirkungs­grade um 50 Prozent. Der Partner Hamburg Energie wird geeignete Vermarktungs­möglichkeiten für die Speicherenergie untersuchen.

„Die Techno­logie unseres FES-Speichers setzt bewusst auf größtenteils bewährte Technik“, sagt Siemens Projekt­leiter Till Barmeier. „Weil wir hier mit erprobten thermischen Komponenten und einer serien­gefertigten Dampf­turbine arbeiten, können wir innerhalb weniger Jahre eine praxis­taugliche Lösung anbieten. Schon in rund 15 Monaten geht unsere voll­ständige Versuchs­anlage in Betrieb.“ Während viele andere Speicher hohe Kosten verursachen oder nur begrenzte Speicher­kapazitäten erlauben, lässt sich die FES-Technologie in unter­schiedlichsten Größen und Leistungs­klassen anwenden und bleibt dabei stets äußerst wirtschaftlich. Lediglich der Raum­bedarf des stein­gefüllten Isolier­behälters setzt dem Konzept Grenzen. (Quelle: Siemens)

Links: Siemens Sekt. Energy, Div. Wind Power, Hamburg • WindEnergy Hamburg 2016

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