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In der neuen Forschungsanlage TESIS untersuchen Forscher des DLR in Köln künftig Hochtemperaturspeicher auf Salzbasis.
© Dr. Franz Meyer, BINE Informationsdienst
TESIS-Testanlage für Wärmespeicher
13.07.2017

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)

Salz speichert Wärme

Mit Salzschmelzen lassen sich große Mengen Wärme bei hoher Temperatur speichern. In Köln-Porz untersuchen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einer neuen Testanlage, wo Speicher mit nur einem Tank die bisher übliche Zweispeichertechnik ersetzen können. Dies würde erhebliche Kosten einsparen. Am 5. Juli 2017 wurde die Anlage der Fachöffentlichkeit vorgestellt.

Salzspeicher sind bei Solarkraftwerken erprobte Technik. Sie sorgen dafür, dass nachts nicht die Lichter ausgehen. Die großen Wärmetanks können aber auch konventionelle Kraftwerke unterstützen, flexibler auf Lastwechsel zu reagieren. Dies wird zunehmend wichtiger, damit die schwankende Einspeisung regenerativer Energieerzeugung ausgeglichen werden kann. Auch industrielle Prozesse benötigen vielfach Hochtemperaturspeicher für große Wärmemengen.
Bisherige Anlagen arbeiten mit zwei großen wärmegedämmten Stahltanks. Bei Energiebedarf wird die Salzschmelze aus dem heißeren Tank genutzt und anschließend in den kälteren gepumpt. Bei Energieüberschuss wird Schmelze aus dem kalten Speicher aufgeheizt und zurück in den heißen Tank geleitet. Vorteil dieses Konzeptes ist der einfache Systemaufbau. Die Speicher arbeiten auf einem konstanten Temperaturniveau und sind so keinem Temperaturstress ausgesetzt. Nachteil ist allerdings der hohe Aufwand für zwei separate Tanks, der die Kosten erhöht.

TESIS:STORE – Wärmeschichtung wie beim Solar-Warmwasserspeicher

Die Testanlage auf dem Gelände des DLR in Köln unterscheidet sich schon optisch von den flachen Zylindertank-Zwillingen der Solarkraftwerke in südlichen Klimazonen. Ein einzelner schlanker Turm ragt aus der Testeinrichtung empor. Darin befindet sich der Versuchsspeicher – TESIS:STORE genannt. An ihm wollen die Wissenschaftler das Eintank-Speicherkonzept wissenschaftlich analysieren und die technische Machbarkeit demonstrieren. Anfang Juli 2016 begann der Aufbau der Testanlage (BINE berichtete), jetzt konnten die Wissenschaftler die fertige Testanlage präsentieren.

Bis zu 135 Tonnen Salz könnte der Tank aufnehmen. Doch er ist nicht vollständig mit dem vergleichsweise teuren Salz gefüllt. Basaltsteine reduzieren die notwendige Salzmenge. Sie haben in etwa die gleiche Wärmekapazität wie das Salz. So kombinieren die Wissenschaftler den Vorteil der pumpbaren Flüssigkeit mit dem geringen Preis der Natursteine.
Solaranlagen zur Warmwasserbereitung machen das Speicherprinzip vor: In den schlanken, hohen Wassertanks schichtet sich das leichtere warme Wasser im oberen Speicherbereich, während sich das kalte Wasser im unteren Tankvolumen befindet.

Auch in dem Salzspeicher spielen stabile Temperaturschichten eine entscheidende Rolle. Hier sind jedoch die Herausforderungen ungleich komplexer. Die Wärmeschichtung der Salze im Temperaturbereich zwischen 170 und 560 Grad Celsius ist noch wenig erforscht und Wärmespannungen müssen sicher beherrscht werden. Die heißen Salze wirken korrosiv auf etwa Pumpen und Ventile. Einfrierprozesse können Rohrleitungen blockieren. Mit detaillierten Untersuchungen bei Wärme- und Stofftransport, Thermomechanik und Materialverträglichkeit wollen die Wissenschaftler diese Fragestellungen angehen. Die Größe des Testspeichers erlaubt die Skalierung, Modellvalidierung und Systemintegration von innovativen Flüssigsalzspeichern . Im Vergleich zu marktverfügbaren Systemen kann das Einspeicher-Konzept die Kapitalkosten deutlich senken. Nach Ansicht der Wissenschaftler liegt das Kostensenkungspotenzial im zweistelligen Prozentbereich.

Teststrecke TESIS:COM

Neben der Speicheranlage TESIS:STORE bauten die Wissenschaftler die Teststrecke TESIS:COM auf. Hier können Komponenten – wie etwa Ventile, Absorberrohre oder auch Messtechnik – untersucht und qualifiziert werden. Auch verfahrenstechnische Fragestellungen für Flüssigsalz, beispielsweise Einfriervorgänge, sollen hier beantwortet werden. Das DLR will dies auch für externe Auftraggeber anbieten.

Die Anlage wird am 15. September 2017 in Betrieb gehen.

(me)

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