Die Wärmespeicher sollen Wärme aus Industrie-Prozessen aufnehmen und für die spätere Nutzung wieder abgeben. Bei den hohen Temperaturen zwischen 250 °C und 600 °C dienen laut Fraunhofer ISE meist Thermalölen oder Salzschmelzen als Wärmeträger. Diese sind allerdings teuer. Die Forschenden testeten nun eine Kombination von Luft als Wärmeträgerfluid und keramischen Füllkörpern als Speichermedium. Der Einsatz eines gasförmigen Wärmeträgers soll auch Temperaturen von 1.000 °C und mehr ermöglichen – schließlich kann ein gasförmiges Medium nicht mehr verdampfen. Aber auch Salzschmelze oder Thermoöl wurden auf ihre Kompatibilität mit den keramischen Füllkörpern getestet. „Im Projekt haben wir untersucht, welche Form, Größe und Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit solche Füllkörper haben sollten. Ziele waren ein möglichst guter Wärmetransport und eine möglichst kompakte Schüttung im Speicher“, erklärt Projektleiter Julius Weiss vom Fraunhofer ISE.

Im Projekt wurden keramische Füllkörper untersucht, die der Industriepartner Kraftblock GmbH entwickelt hat. Sie bestehen aus einem kostengünstigen Recyclingmaterial, Phosphatbinder und Additiven. Fraunhofer ISE rechnet damit, im Vergleich zu den herkömmlichen Fluiden die Kosten um etwa 30 Prozent senken zu können.

Demonstration von Hochtemperatur-Wärmespeicher bei Industrie-Partner

Getestet haben die Forschenden den Wärmespeicher beim Industrie-Partner Comet Schleifscheiben GmbH. Dabei integrierten sie den Füllkörper-Wärmespeicher in einen Kamin. Die Luft selbst diente somit als Wärmeträgerfluid, das die Wärme an die Füllkörper abgab. Die Herausforderung dabei: Wenn die Abluft in den Kamin kommt, ist sie normalerweise bereits mit Umgebungsluft vermischt, also nicht mehr so heiß, wie sie ursprünglich war. Das erschwert die Rückgewinnung von hohen Temperaturen.

Mögliche Anwendungen auch bei Power-to-Heat

Anwendungsmöglichkeiten für die Wärmespeicher mit Temperaturen von 150 bis 900 °C sieht das Projektteam unter anderem in der Papier-, Lebensmittel-, und Chemie-Industrie sowie überall, wo Dampf erzeugt wird. Dabei werde neben der Wärme-Rückgewinnung auch Power-to-Heat immer wichtiger. Um den Strom dann zu nutzen, wenn er reichlich und günstig verfügbar ist, sind ebenfalls Speicher nötig.

Welcher Speicher der beste sei, hänge vom konkreten Prozess ab. Kriterien seien unter anderem Temperaturniveau, Volumenströme, Flexibilität bei der Reintegration der Wärme, prognostizierte Zyklenzahl und der verfügbare Platz. Um zu zeigen, dass die Speicher auch im großen Maßstab funktionieren, sind laut dem Projektteam weitere Demonstratoren nötig.

Wärmenetz-Betreiber nutzen Power-to-Heat-Anwendungen schon heute. Auch fürs Eigenheim gibt es schon viele Power-to-Heat-Lösungen. Sie basieren allerdings nicht auf günstigem oder ansonsten abzuregelndem Ökostrom aus dem Netz. Vielmehr geht es darum, selbst erzeugten Solarstrom zu einem möglichst hohen Anteil selbst zu nutzen. Als Wärmespeicher dient für beide Anwendungen in der Regel Wasser, da es für niedrige Temperaturen das günstigste Speichermedium ist.

10.02.2023 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH