Aktives Latentwärmespeichersystem
Fluktuierende erneuerbare Energien wie Wind und Sonne stehen hauptsächlich in Form von elektrischem Strom zur Verfügung. Allerdings wird über die Hälfte der Energie in Form von Wärme benötigt. Durch elektrisch beladene thermische Speicher lässt sich die Nachfrage nach Wärme von der Verfügbarkeit von erneuerbarem Strom entkoppeln. Wärmespeicher sind zudem oft günstiger als elektrische Speicher und benötigen weniger kritische Ressourcen.
Eine Möglichkeit, Energie in Form von Wärme zu speichern, sind sogenannte Latent-Wärmespeicher. Sie können eine hohe Menge an thermischer Energie speichern und bei Bedarf wieder verfügbar machen. Dazu nutzen sie den Phasenwechsel von fest zu flüssig eines Phasenwechsel-Materials. Günstige und gut verfügbare Phasenwechsel-Materialien sind zum Beispiel Nitratsalze.
Ein zukünftiger Einsatzbereich von Latent-Wärmespeichern ist die Bereitstellung von Prozessdampf aus erneuerbaren Ressourcen für Temperaturbereiche zwischen 100 und 350 Grad Celsius: Beim Beladen schmilzt ein elektrischer Heizleiter das Phasenwechsel-Material auf. Es wird dann in einem „heißen“ Speichertank gelagert. Beim Entladen erstarrt das Phasenwechsel-Material wieder an der Oberfläche eines speziellen Wärmeübertragers. Da das Phasenwechsel-Material im festen Zustand die Wärme schlecht leitet, muss die Oberfläche des Wärmeübertragers sehr groß sein. Oder das Material muss kontinuierlich wieder von der Oberfläche des Wärmeübertragers abgetragen werden.
Das Exponat des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik zeigt das Herzstück eines aktiven Latent-Wärmespeicher-Systems: ein Modell der sogenannten Rotating Drum. Während des Entladevorgangs fließt flüssiges Phasenwechsel-Material von einem heißen Speichertank in das Becken unterhalb der Trommel. Im Inneren der Trommel verdampft Wasser und steht für einem industriellen Prozess zur Verfügung. An der Außenseite der Trommel erstarrt das Phasenwechsel-Material. Das feste Material wird durch die Rotation vom flüssigen Material getrennt und durch einen Schaber von der Oberfläche der Trommel abgeschabt. Es fällt dann in einen zweiten „kalten“ Speichertank.
Link:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Technische Thermodynamik
Dr. Jonas Tombrink · E-Mail jonas.tombrink@dlr.de
Demonstrator eines thermisches Speichersystems mit einer Speicherkapazität von bis zu 50 kWh, Quelle: DLR
Rotating Drum Wärmeübertrager zur Bereitstellung von Prozessdampf mit einer thermischen Leistung von bis zu 100 KW, Quelle: DLR