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KIT, DLR und KSB forschen an thermischen Großspeichern der nächsten Generation

© KIT / Karsten Litfin© KIT / Karsten LitfinKarlruhe - Energiespeicher sind eine Schlüsseltechnologie der Energiewende, da sie Schwankungen in der Verfügbarkeit bei erneuerbaren Energien ausgleichen und eine bedarfsgerechte Energieversorgung gewährleisten können. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forscht mit Partnern an kostengünstigen und hocheffizienten Wärmespeichern der nächsten Generation.

Mit Hochtemperaturtechnologien werden elektrothermische Netzspeicher möglich, mit denen sich große Mengen Energie aus erneuerbaren Quellen puffern lassen. Im Verbundprojekt Liquid Metal and Liquid Salt Heat Storage System (LIMELISA) entwickeln das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit dem Industriepartner KSB die dafür notwendigen Grundlagen.

LIMELISA-Projekt - Strom-Wärme-Strom-Speicher der nächsten Generation im Fokus
Windparks und Solaranlagen erzeugen in Deutschland jedes Jahr tausende Gigawattstunden Strom, der im Moment der Erzeugung nicht genutzt werden kann und abgeregelt wird. Zu anderen Zeiten wiederum werden fehlende Wind- und Solar-Kapazitäten mit Energie aus fossilen Quellen ersetzt.

Ein Teil der Lösung könnten große elektrothermische Speicher sein, die zur Netzstabilität beitragen. Die Grundidee besteht darin, Strom in Wärme zu wandeln, diese Wärme in vergleichsweise preiswerten Speichern zu puffern und bei Bedarf wieder in Elektrizität umzuwandeln. Dazu bieten sich Medien wie Salzschmelzen und flüssige Metalle als Speicher- und Wärmetransportmedien an, mit denen sehr hohe Temperaturen erreicht werden können. In der konzentrierenden Solarthermie wird Wärme bereits in Salzschmelzen gespeichert und in Dampfkraftwerken in Strom umgewandelt.

Im LIMELISA Verbundprojekt unterstützen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT nun die Entwicklung thermischer Speicher der nächsten Generation, die speziell für den Strom-Wärme-Strom-Prozess ausgelegt werden. Sie konzentrieren sich dabei auf Flüssigmetalltechnologien, während am DLR mit Salzschmelzen gearbeitet wird. Koordiniert und ergänzt wird die Forschung vom Industriepartner KSB, einem international tätigen Hersteller von Pumpen und Armaturen, der schon seit den 1960er-Jahren Erfahrungen mit Flüssigmetallkreisläufen gesammelt hat. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Forschungsprojekt mit 3,8 Millionen Euro.

Werkstoffe und Komponenten für hocheffiziente Energiespeicher
Konventionelle elektrothermische Speichersysteme arbeiten etwa auf Basis von Nitratsalz. Sie können unter anderem aufgrund der verwendeten Werkstoffe und Komponenten wie Pumpen und Ventile aber bislang nur bei Temperaturen von bis zu maximal 560 Grad Celsius betrieben werden. „Für die Rückverstromung mit konventionellen Dampfkraftwerken sind deutlich höhere Temperaturen notwendig. Am KIT werden wir Schlüsselkomponenten in einem bis zu 700 Grad heißen Bleikreislauf testen“, so Projektleiterin Dr. Klarissa Niedermeier vom KIT-Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES).

Der direkte Kontakt mit dem Flüssigmetall macht dabei spezielle Werkstoffe notwendig, die ebenfalls am KIT entwickelt und getestet werden. Am Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik arbeitet Dr. Alfons Weisenburger an diesen speziellen Stahlmischungen. „Konventionelle Methoden für den Korrosionsschutz reichen bei solchen Temperaturen nicht mehr aus. Wir nutzen unter anderem Aluminiumoxid als eine Art Schutzschild, um Pumpen und Armaturen zu schützen“, so Weisenburger.

Weitergehende Einsatzmöglichkeiten auch in der Industrie
Ein großer Vorteil von thermischen Speicherlösungen sind ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten, auch im Hinblick auf die Sektorenkopplung. Neben dem im Projekt LIMELISA verfolgten Strom-Wärme-Strom-Prozess können die dabei entwickelten Technologien auch dazu verwendet werden, Wärmenetze mit erneuerbarem Strom zu versorgen und damit fossile Energieträger zu ersetzen. In der Industrie wiederum können sie Hochtemperatur-Prozesswärme liefern, wie sie in der Chemie- und Baustoffindustrie oder bei der Metallverarbeitung benötigt wird.



© IWR, 2021


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