Energiewende

Salzige Sache

Mit der Testanlage TESIS untersucht das DLR neue Speichertechnologien. (Bild. DLR)

Neuartige Speichertechnologien sind für die Energiewende unverzichtbar. Salz könnte dabei eine wichtige Rolle spielen: Das kostengünstige Material ist weltweit verfügbar und kann in flüssiger Form eingesetzt werden. In einer Testanlage des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln wollen Forscher diese Idee nun optimieren.

Effiziente Energiespeicher gelten allgemein als Schlüsseltechnologie für die Energieversorgung der Zukunft. Vor allem Wärmespeicher haben das Potenzial, Energie mit geringen Verlusten zwischenzulagern. Dadurch steht die Energie dann zur Verfügung, wenn sie gebraucht wird. In der neuen Testanlage TESIS, ein Akronym für „Test Facility for Thermal Energy Storage in Molten Salt“, die am 15. September 2017 beim DLR in Köln in Betrieb genommen wurde, entwickeln Forscher künftig verbesserte und kostengünstigere Speichertechnologien. Die in der Testanlage gespeicherte Wärme wird mit Dampfturbinen in elektrischen Strom umgewandelt. Dafür nutzt TESIS geschmolzenes und wasserfreies Nirtratsalz als Speichermedium. Der 20 Kubikmeter große Tank fasst dabei ca. 35 Tonnen flüssiges Salz und kann bis zu vier Megawattstunden Wärmeenergie aufnehmen.

Flüssiges Salz als idealer Wärmespeicher

TESIS-Projektleiter Thomas Bauer erklärt: „Geschmolzenes Salz speichert Wärme pro Volumen fast genauso gut wie Wasser. Im Gegensatz zu diesem steht es aber selbst bei Temperaturen über 500 °C nicht unter Druck. Aufwändige Hochdrucktechnik ist bei Salzspeichern deshalb nicht notwendig.“ Im Tank steckt dabei kein Kochsalz, denn das schmilzt erst bei ca. 800 Grad Celsius. Stattdessen kommen übliche Industriesalze wie Kaliumnitrat (KNO3) oder Natriumnitrat (NaNO3) zum Einsatz. Deren Schmelzpunkte liegen deutlich tiefer. TESIS arbeitet im Bereich zwischen 170 und 560 Grad Celsius und kann mit fünf verschiedenen Salzgemischen betrieben werden. Genutzt wird die Wärme aus dem Speicher hauptsächlich in klassischen Dampfturbinen. „Das liegt daran, dass die Temperaturniveaus sehr gut zu den Dampfparametern passen. Denkbar sind aber auch Anwendungen, bei denen die Wärme des Salzes direkt für Industrieprozesse genutzt wird.“

Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie wollen die Wissenschaftler die Wärmespeicherung in Flüssigsalz noch kostengünstiger machen. Der erste Schritt dahin ist der Verzicht auf einen zweiten Speichertank, wie er bei aktuellen Anlagen üblich ist. Bei TESIS liegen kaltes und heißes Salz also nicht in verschiedenen Tanks, sondern schwimmen übereinander – das heiße oben und das kalte unten. Außerdem forschen Bauer und sein Team an günstigen Füllstoffen, mit denen sie einen Teil des Salzes ersetzen können. Denn je nach Einsatzfall entfallen bis zu 50 Prozent der Kosten für ein Speichersystem auf das Salz. Insgesamt sollen Flüssigsalzspeicher so in Zukunft 40 Prozent günstiger werden. „Wir wollen aber nicht nur die Speichertechnologie optimieren und weiterentwickeln, sondern die Technologie auch in neue Anwendungen integrieren.“

Sonne, Hochofen oder Wind – Salzspeicher sind nicht wählerisch

Schon heute werden Flüssigsalzspeicher in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Dort dienen sie nicht nur als Speichermedium, sondern auch als Wärmeträgermedium. Sie nehmen die Energie des konzentrierten Sonnenlichts auf und führen es in Speichertanks. Aus diesen werden Dampfturbinen gespeist, die Strom erzeugen. Der „Umweg“ über den Speicher macht dabei durchaus Sinn: Strom kann dann erzeugt werden, wenn er gebraucht wird; unabhängig von Tageszeit, Wolken oder Lastspitzen – die Effizienz und die Betriebszeit der Kraftwerke steigt.

„Als Wärmequellen kommt aber nicht nur konzentrierte Sonnenstrahlung infrage“, erklärt Bauer: „Auch die heißen Abgase in Stahlwerken oder Glasschmelzöfen sind vielversprechende Wärmequellen.“ So gehen beispielsweise im Abgasstrom elektrisch beheizter Lichtbogenöfen in Stahlwerken heute zwischen 20 und 30 Prozent der Wärme verloren. „Wenn wir diese im Flüssigsalzspeicher sammeln und über einer Dampfturbine in Strom umwandeln, lässt sich die Effizienz des Prozesses steigern.“ Da ein Lichtbogenofen in etwa so viel Strom wie eine Kleinstadt verbraucht, sieht Bauer hier ein lohnendes Einsatzfeld für seine Technologie.

Natürlich ließe sich in Flüssigsalzspeichern auch überschüssige Energie aus Windparks oder Photovoltaikanlagen speichern und wieder in Strom umwandeln. Für Bauer ist dies aber eher Zukunftsmusik. Die Technologie dafür sei zwar vorhanden und auch die Wärmespeicherkosten lägen bei einem Zehntel derer von Batteriespeichern. Ob sich aber eher Speicher oder eher der Stromnetzausbau durchsetzt, hängt neben der Wirtschaftlichkeit vor allem auch von den politischen Rahmenbedingungen für Stromspeicher im deutschen Energiesystem ab.

Energiewende

Das Energiesystem der Zukunft wird in vielen Bereichen völlig anders aussehen als das heutige. Welchen Beitrag muss die Forschung leisten? Hier stellen wir die Projekte der Helmholtz-Gemeinschaft zur Energiewende vor.

06.10.2017, Kai Dürfeld
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