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Illustration der TESIS-Testanlage mit vertikalem Eintank-Schichtspeicher mit Füllmaterialien und vier Vorlagenbehältern mit einer Gesamtsalzmasse von 115 Tonnen. Die liegenden Tanks dienen dazu, das Salz im Forschungsbetrieb zu pendeln und sind für die Zielanwendung nicht erforderlich.
© DLR (CC-BY 3.0)
Sensible Wärme speichern
18.07.2016

Eintank-Schichtspeicher haben das Potenzial, die Kapitalkosten im zweistelligen Prozentbereich im Vergleich zu momentan auf dem Markt verfügbaren Systemen zu senken.
© DLR (CC-BY 3.0)

Die TESIS-Anlage ist Teil des Forschungsgebäudes CeraStorE am DLR-Standort Köln.
© DLR (CC-BY 3.0)

Baubeginn: Erster Flüssigsalzspeicher mit einem Tank

Hochtemperatur-Wärmespeicher sorgen dafür, dass Kraftwerke flexibler arbeiten und industrielle Prozesswärme zwischengespeichert werden kann. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben deshalb einen Wärmespeicher für Temperaturen bis 560 Grad Celsius entwickelt, der die Wärme in geschmolzenem Salz speichert. Anfang Juli 2016 begann der Aufbau der Testanlage.

Wärme in einer Flüssigkeit zu speichern hat besondere Vorteile: Die Wärme lässt sich mit hoher Leistung ein- und ausspeichern und über Leitungen dorthin transportieren wo sie benötigt wird. Dieses Prinzip nutzen die Forscher auch in der TESIS-Versuchsanlage in Köln. Die Besonderheit: Die Anlage lässt sich für Kraftwerkstechnik und Stromerzeugung einsetzen. Als Speichermedien nutzen die Wissenschaftler flüssige Nitrat – und Nitrit-Salzmischungen, die für hohe Temperaturen im Bereich von 180 bis 560 Grad Celsius geeignet sind.
Die Salzschmelze steht nicht unter Druck, ist ungiftig, lässt sich gut pumpen und brennt nicht. Im Vergleich zu anderen Energiespeichern – wie etwa Stromspeichern – kann der Flüssigsalzspeicher bis 200 kWh/m3 bei der Temperaturänderung von 250 Kelvin sehr kostengünstig speichern. Zudem behalten die Wärmespeicher ihre Eigenschaften auch über viele tausend Zyklen bei. Das macht die Anschaffungskosten für das Speichermedium kalkulierbar.

Die Arbeiten am DLR sollen die Flüssigsalztechnologie weiter entwickeln. Dabei sollen die Kosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden. Konkret werden in der Testanlage Flüssigsalzkomponenten qualifiziert, verfahrenstechnische Aspekte untersucht und ein neues Speicherkonzept entwickelt. Im Vergleich zum kommerziellen Flüssigsalzspeicher-Konzept mit zwei Tanks setzen die Wissenschaftler beim neuen Speicherkonzept lediglich einen Tank ein. „Wir brauchen nur einen Tank, da wir mit einer Temperaturschichtung arbeiten – oben heiß und unten kalt“, erklärt Dr. Thomas Bauer, Projektleiter des TESIS-Projektes. Ziel ist es, den Tank zu Dreiviertel mit Naturstein zu füllen. „Da Salz etwa zehn Mal teurer als Naturstein ist, lassen sich die Kosten so erheblich senken. Naturstein hat volumenbezogen eine nahezu identische Wärmekapazität wie Salz“, weiß der Projektleiter. Insgesamt bietet der sogenannte Eintank-Schichtspeicher mit Füllmaterialien das Potenzial, die Kapitalkosten – abhängig von den Randbedingungen – um 10 bis 40 Prozent im Vergleich zu momentan auf dem Markt verfügbaren Systemen zu senken.

Salzspeicher auch in Deutschland denkbar

Flüssigsalzspeicher werden seit einigen Jahren kommerziell in solarthermischen Kraftwerken an Standorten mit hoher Solarstrahlung eingesetzt, beispielsweise im spanischen Solarkraftwerk Andasol. In einem typischen kommerziellen Kraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 50 Megawatt werden etwa 30.000 Tonnen flüssiges Salz eingesetzt.

Neben dem kommerziellen Einsatz in solarthermischen Kraftwerken bietet die Speichertechnologie hohe Potenziale für die Energiewende in Deutschland. Beispiele sind die bessere Nutzung von Abwärme, die in industriellen Prozessen anfällt und zum Teil rückgekühlt werden muss, bevor sie in die Umwelt abgegeben wird. Zusätzlich steigert die Technologie die Flexibilität von Kraftwerken und der Kraft-Wärme-Kopplung sowie die Umwandlung und Speicherung von schwankenden Stromüberschüssen aus erneuerbaren Energien.

Interdisziplinäre Forschung

Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die technologische Machbarkeit zu demonstrieren und diese innovativen Energiespeicher für konkrete Anwendungen in Zusammenarbeit mit der Industrie zur Marktreife zu bringen. Die Testanlage zur Energiespeicherung mit Flüssigsalz wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und ist Teil des interdisziplinären Forschungsgebäudes CeraStorE.

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CeraStorE
Die Testanlage befindet sich im Gebäude des Competence Center for Ceramic Materials and Thermal Storage in Energy Research (CeraStorE). Dort forschen Energie- und Werkstoffforscher der DLR-Institute für Werkstoffforschung, für Technische Thermodynamik und für Solarforschung an keramischen Materialien für Brennkammern, Strahlungsempfängern für Turmkraftwerke sowie an innovativen Wärmespeichern.

Salzbasierter Latentwärmespeicher
Im Projekt „SALSA“ der Forschungsinitiative Energiespeicher kommt ebenfalls Salz als Speichermedium zum Einsatz.

Energiespeicher
Portal der Förderinitiative Energiespeicher mit aktuellen Meldungen aus Forschung, Entwicklung und Demonstration von Energiespeichern

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.