Elektrothermische Energiespeicherung – eine zukunftsträchtige Alternative?

Die *Siemens Gamesa Renewable Energy GmbH & Co. KG wurde im Juli letzten Jahres für ihren „elektrothermischen Energiespeicher“ (ETES) mit einem Preis der „The smart E“-Messe ausgezeichnet. Doch welches Potential haben solche elektrothermischen Energiespeicher und welche Projekte gibt es bereits? Mit diesen Fragestellungen hat sich Jochen Siemer in seinem Artikel in der *Fachzeitschrift „Photon“ in der Ausgabe vom November 2021 beschäftigt.

Der Energiespeicher von Siemens ist bereits seit Juni 2019 in Hamburg am Netz. Bereits fünf Jahre zuvor entstand im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts eine Demonstrationsanlage. Beteiligt waren hieran die Technische Universität Hamburg sowie der Energieversorger Hamburg Energie. Lediglich in der Ankündigungsphase verblieben aber bisher Projekte, welche allein für den kommerziellen Betrieb gedacht sind.

Generell ist das Interesse an ETES-Systemen derzeit groß. Das besondere an elektrothermischen Energiespeichern ist, dass sie ohne Salzschmelzen auskommen. Dies bringt einige Vorteile mit sich. Zum einen gibt es keine Korrosion, das bedeutet, es ist auch kein Aufwand nötig, um diese zu vermeiden. Zum anderen ist der Temperaturbereich nicht so eingeschränkt. Der Gefrierpunkt liegt bei den verbreiteten Salzschmelzen bei etwa 250 Grad, die obere Grenztemperatur bei etwa 600 Grad. Dazwischen liegen folglich etwa 300 Grad. Die Hamburger ETES-Anlage hingegen setzt zur Speicherung der Wärme Vulkangestein ein. Dadurch können die Temperaturen von normaler Raumtemperatur bis zu 750 Grad genutzt werden. Erhitzt wird mit einer elektrischen Widerstandsheizung. Der Strom hierfür stammt aus erneuerbaren Energien. Anschließend wird die Wärmeenergie an den Wasserdampfkreislauf von einer Turbine abgegeben.

Auch das National Renewable Energy Laboratory (NREL) des Energieministeriums der US hat im August vergangenen Jahres sein „Enduring“-Konzept vorgestellt. Dieses soll mit einer Vielzahl an Industriepartnern verwirklicht werden. Die Abkürzung steht dabei für „Economic Long-Duration Electricity Storage by Using Low-Cost Thermal Energy Storage and High-Efficiency Power Cycle”. Es geht folglich um eine wirtschaftliche Langzeit-Stromspeicherung. Dafür sollen sowohl thermische kostengünstige Energiespeicher als auch thermodynamische hocheffiziente Turbinen zum Einsatz kommen. Zur Wärmespeicherung soll Quarz verwendet werden. Damit könnten Temperaturen von bis zu 1.200 Grad Celsius erreicht werden.

Die *Kraftblock GmbH aus Saarbrücken hat das Konzeptstadium bereits überwunden. Hier werden schon erste Pilotprojekte betrieben. Verwendet wird ein Keramik-Granulat, welches sich auf bis zu 1.300 Grad Celsius erhitzen lässt. Das verwendete Medium setzt sich überwiegend aus Recycling-Material zusammen und ist zu einem sehr feinkörnigen Granulat verarbeitet. Durch den Einsatz eines phosphatischen Bindemittels wird nicht nur die thermische Leitfähigkeit erhöht, sondern auch die chemische Stabilität. Die hohen Temperaturen ermöglichen eine Erhöhung der Effizienz und Flexibilität bei geringem Platzbedarf. Dies hat vor allem Vorteile für einen möglichen Transport.

Das Projekt „HiFlex“ beschäftigt sich mit der flexiblen Verwendung von thermischen Speichermedien. Es erhält eine Förderung von der EU und wird durch eine Vielzahl von Industrie- und Forschungspartnern betrieben. Unter Anderen ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) als Projektpartner beteiligt. Aufgebaut wird die Pilotanlage in
Süditalien in Foggia. Bereits 2023 soll sie in Betrieb gehen. Die Prozesswärme und später auch den Strom nimmt der *Nudelhersteller Barilla ab. Zum Einsatz kommt bei diesem Projekt ein Granulat bestehend aus gesintertem Bauxit, welches auf bis zu 1.000 Grad Celsius erhitzt werden kann.

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