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Drittes Leben für Kraftwerke

 

Ermöglichen neuartige Wärmespeicher einen »sauberen« Weg aus der Kohle? Mit dem Speichersystem TESIS stellt das DLR eine Testanlage bereit, mit der Speichertechnologien anwendungsbezogen und in industriellem Maßstab weiterentwickelt werden können.

 

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien unterliegt bekanntlich starken durch Wetterfunktionen bestimmten Fluktuationen. Darum hängt die Substitution herkömmlicher Kraftwerke durch Erneuerbare Energieerzeugung und somit der Erfolg der Energiewende von der Entwicklung neuer Speichertechnologien ab. Damit könnten Schwankungen in der Verfügbarkeit von Energie ausgeglichen werden. Hierzu haben die DLR-Institute für Technische Thermodynamik und das Institut für Solarforschung neue Lösungskonzepte erarbeitet. Damit könnten konventionelle Kraftwerke zu Wärmespeicherkraftwerken mit Flüssigsalz als Speichermedium umgerüstet werden.

Strom, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, unterliegt erheblichen Schwankungen: Windenergieanlagen sind unmittelbar abhängig von der Windstärke, bei bewölktem Himmel erzeugt eine Solaranlage sofort weniger Strom, in der Nacht geht der Ertrag gegen Null. Somit unterscheidet sich die Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien fundamental von der kontinuierlichen Stromerzeugung in konventionellen Kohle- und Gaskraftwerken.

Mit Blick auf die Versorgungssicherheit muss das Energiesystem auf allen Ebenen stark flexibilisiert werden, um Stromerzeugung und -nachfrage auch bei hohen Anteilen schwankender Erzeugung erneuerbarer Energien aufeinander abzustimmen. Dazu gehört nach Einschätzung des DLR auch die Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr,

Der Erfolg der Energiewende hängt von der Entwicklung neuer Speichertechnologien ab. Hierzu stellte das DLR ein neues Konzept vor: Aus Kohlekraftwerken mit hohen Partikel- und CO2-Emissionen »gigantische thermische Akkus« werden. Darum soll an einem Kraftwerksstandort im Rheinischen Revier ein Wärmespeicherkraftwerk als Reallabor errichtet werden. Ziel des Baus und Betriebs dieser Pilotanlage ist es, Flüssigsalz-Wärmespeicher einem umfassenden Praxistest zu unterziehen.

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Schlüsselrolle Wärmespeicher. In Solarkraftwerken werden Salzspeicher schon seit Jahren eingesetzt, dort sorgen sie dafür, dass die Kraftwerke rund um die Uhr Strom produzieren können. In künftigen Strom-Wärme-Strom-Speichern werden Salze eine wichtige Säule sein. © DLR

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100 Tonnen flüssiges Salz zirkulieren in der Testanlage des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln. Sie werden abwechselnd von 250 auf 560 °C aufgeheizt und wieder abgekühlt. Mit der am 15. September 2017 eingeweihten Testanlage TESIS (Test Facility for Thermal Energy Storage in Molten Salt) können Flüssigsalzspeicher sowie einzelne Anlagen- bauteile in einer weltweit einmaligen Form getestet werden. Die Testanlage TESIS im Wert von zirka 3,5 Mio. Euro wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und zum Teil aus DLR-Eigenmitteln finanziert. TESIS ist Teil des interdisziplinären Forschungsgebäudes CeraStorE. Die Bauzeit und Inbetriebnahme der Anlage betrug 14 Monate. © DLR

An der Durchführung der Projektarbeiten sind das DLR-Institut für Technische Thermodynamik und das DLR-Institut für Solarforschung federführend beteiligt. Thermische Speicher bieten das Potenzial, ideale Energiespeicher im GWh-Maßstab zu sein, heißt es in einer Pressemeldung des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik. Leistungsstarke Energiespeicher mit hohem Wirkungsgrad, die zugleich ortsunabhängig und kostengünstig sind, werden auch benötigt. Sie sind von existentieller Bedeutung für ein zukünftiges Energiesystem auf Basis von erneuerbaren Energien. Nur mithilfe der Speicherung können die starken Schwankungen bei der Produktion umweltfreundlicher Wind- und Solarenergie ausgeglichen und die - ebenfalls hochdynamische - Energienachfrage gedeckt werden.

Weiternutzen statt abreißen

Das DLR-Institut für Solarforschung erläutert dazu, dass der Umbau bestehender Kraftwerke zu großen Speicherkraftwerken gleich mehrere Vorteile bietet. Mit der Nachnutzung kann ein Großteil der bestehenden - zum Teil noch jungen und sehr effizienten Kraftwerkstechnik erhalten bleiben. Und indem die Infrastruktur aus dem »ersten Leben« der Kraftwerke zu großen Teilen übernommen wird, würde der Umbau enorme Kosten einsparen, und es können Arbeitsplätze erhalten bleiben.

Des Weiteren bleibt die bestehende Kraftwerksinfrastruktur wie beispielsweise Netzanschlüsse und Turbinen erhalten und kann weitergenutzt werden. Nur die Zulieferung des Rohstoffs und die Speicher ändern sich. Als Zwischenschritt auf dem Weg zum vollständig kohlenstoffdioxidfreien »Third Life« - nach einem ersten Leben als Kohle- und dem zweiten als Gaskraftwerk - ist zunächst ein Hybridkraftwerk denkbar, in dem ein Mix aus Wärmespeicher- und Gas-befeuertem Dampf den Strom generiert.

 

DLR-Forschung an Hochtemperaturspeichern

Als erfolgsversprechendes Speichermedium stellte sich Flüssigsalz heraus. Salz wäre in mehrerlei Hinsicht ideal: Es ist kostengünstig, weltweit verfügbar und kann in flüssiger Form bei Temperaturen zwischen 170 und 560 °C eingesetzt werden. Wärmeenergie in Flüssigsalz zu speichern, testeten die DLR-Forscher ab September 2017 mit der Testanlage TESIS (Test Facility for Thermal Energy Storage in Molten Salt) des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik am Standort Köln.

Auch mit den Forschungsarbeiten des neuen DLR-Instituts für CO2-arme Industrieprozesse in Cottbus, Zittau/Görlitz sollen neue Impulse gegeben werden für die Entwicklung der regionalen Wirtschafts- und Wissenschaftslandschaften, um die Industrie als großen Emittenten für ein klimafreundliche Produktion zu unterstützen und Arbeitsplätze zu erhalten.

Bearbeitung: Wolfgang Klinker, Klinker@industry-focus.info

Kontakt: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) www.dlr.de  Institut für Solarforschung

und Institut für Technische Thermodynamik

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