Thermische Speichersysteme sind Schlüsselkomponenten für eine effektive Nutzung der zeitlich variabel verfügbaren Sonnenenergie für solarthermische Kraftwerke, Wärmerückgewinnungsprozesse, solare Nahwärmeprojekte, Gebäudeklimaanlagen und Brauchwassersysteme.
Bei solarthermischen Kraftwerken können durch Wärmespeicher die Verfügbarkeit erhöht und Stromgestehungskosten deutlich gesenkt werden. Fossile Kraftwerke können mittels Wärmespeichern flexibilisiert werden.
Bei industriellen Prozessen kann durch thermische Speichersysteme das Lastmanagement optimiert werden, so dass der spezifische Energieverbrauch gesenkt und die Energienutzungseffizienz gesteigert wird. Speichergestützte Power-to-Heat-Konzepte werden zunehmend eine wichtige Rolle in der Bereitstellung von Prozesswärme auch im höheren Temperaturbereich spielen.
Große Wärmespeicher erlauben die Pufferung von Überangeboten im Netz durch „Power to Heat“.
Wärmespeicher sind für den Ausbau von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen wesentlich, da sie deren Strom- und Wärme- und Kälteerzeugung entkoppeln und somit die Integration der KWK-Anlagen in das Energiesystem vereinfachen.
Mit großen saisonalen Wärmespeichern kann in Deutschland etwa die Hälfte des Gesamtwärmebedarfs von größeren Gebäudeeinheiten solar gedeckt werden.
Teilsaisonale Speicher für Ein- und Mehrfamilienhäuser ermöglichen die Erhöhung des solarthermischen Deckungsanteils an der Wärmebereitstellung auf über 50% bis zu 100%. Hierzu sind kurzfristig die Wasserspeicher und mittelfristig PCM- und thermochemische Speicher weiter zu entwickeln. Kältespeicher spielen auch zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden eine wesentliche Rolle, da die Kälteerzeugung in Zeiten geringer Netzauslastung oder bei günstigeren Außentemperaturen erfolgen kann.
Auch die ohnehin vorhandene thermische Masse von Gebäuden kann durch gezielte Aktivierung technisch unaufwändig und kostengünstig als thermischer Speicher genutzt werden
Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Wärmespeicher
Künftige Wärmespeichertechnologien brauchen höhere Leistungsdichten und niedrigere Investitionskosten. Es besteht Forschungs- und Entwicklungsbedarf in Bezug auf Speichermedien, Speichertechnologien und Systemintegration:
Entwicklung neuer Materialien mit höherer Funktionalität zur Kostenreduzierung (z.B. neue Phasenwechsel- und Sorptionsmaterialien mit geringen Speicherverlusten und höheren Energiedichten)
Entwicklung spezifischer thermochemischer Systeme für hohe Speicherdichten und die Realisierung einer Wärmetransformation
verbesserte und neue Speichermaterialien im Bereich hoher Temperaturen für solarthermische Kraftwerke und die bessere Nutzung industrieller Prozesswärme
Gezielte Entwicklung von Simulationsmethoden für maßgeschneiderte Materialien, effiziente Speicher- und Prozessauslegung sowie Ermittlung von Umweltwirkungen
Zyklenbeständigkeit und Leistungsbereitstellung bei den gewünschten Temperaturniveaus sind zu verbessern.
Entwicklung verbesserter und hoch effizienter Techniken zur Wärmeein- und -auskopplung für die Realisierung des übergeordneten Ziels einer wirtschaftlichen Speichertechnik
Demonstration von Hochtemperaturspeichern für die industrielle Prozesstechnik und die Kraftwerkstechnik als notwendiger Schritt zur kommerziellen Nutzung in diesem Bereich
Standardisierung von Komponenten und Systemen kann zur Kostensenkung beitragen. Die korrekte Berücksichtigung von Speichern in Standards und Normen (z.B. Gebäuderichtlinien) ist für eine breitere Nutzung von Speichern notwendig.
Die Integration von thermischen Speichern muss unter Berücksichtigung der Prozessanforderungen bewertet und optimiert werden, damit sie die Effizienz von Energiesystemen steigern.
Aktuelle Materialien
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