Vorversuch für elektrothermische Speicher: Ein Speicher mit Schüttgut und Flüssigmetall als Wärmeträgerfluid. Bild: Franziska Müller-Trefzer, KIT

Im Forschungsprojekt Limelisa am KIT werden Komponenten für thermische Grossspeicher in einem Flüssigmetallkreislauf getestet. Bild: Karsten Litfin, KIT

KIT: Verbundprojekt Limelisa - auf dem Weg zu thermischen Grossspeichern

(KIT) Mit Hochtemperaturtechnologien werden elektrothermische Netzspeicher möglich, mit denen sich grosse Mengen Energie aus erneuerbaren Quellen puffern lassen. Im Verbundprojekt 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.


Die Grundidee besteht darin, Strom in Wärme zu wandeln, diese Wärme in vergleichsweise preiswerten Speichern zu puffern und bei Bedarf wieder in Elektrizität umzuwandeln. „Durch Verwendung von Medien wie Salzschmelzen und flüssigen Metallen als Speicher- und Wärmetransportmedien können sehr hohe Temperaturen erreicht werden“, sagt Professor Thomas Wetzel, der am Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) sowie am Institut für Thermische Verfahrenstechnik des KIT forscht. „Das erschliesst neue Einsatzfelder für thermische Speicher in der Industrie und schafft ökologisch und ökonomisch nachhaltige Optionen für den klimafreundlichen Umbau der Energieversorgung.“

In Salzschmelzen speichern
Wärmespeicher im industriellen Massstab kommen bereits heute zum Einsatz: In der konzentrierenden Solarthermie wird Wärme in Salzschmelzen gespeichert und in Dampfkraftwerken in Strom umgewandelt. Im Verbundprojekt Limelisa (steht für: Liquid Metal and Liquid Salt Heat Storage System) 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 agierenden Hersteller von Pumpen und Armaturen, der schon seit den 1960er-Jahren Erfahrungen mit Flüssigmetallkreisläufen gesammelt hat.

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“, sagt Projektleiterin Dr. Klarissa Niedermeier vom ITES. „Am KIT werden wir Schlüsselkomponenten in einem bis zu 700 Grad heissen Bleikreislauf testen.“ 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“, erklärt er. „Wir nutzen unter anderem Aluminiumoxid als eine Art Schutzschild, um Pumpen und Armaturen zu schützen.“

Vielseitige Einsatzmöglichkeiten auch in der Industrie
Ein grosser Vorteil von thermischen Speicherlösungen sind ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten, auch im Dienste der 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. In der Industrie wiederum können sie effizient Hochtemperatur-Prozesswärme liefern, wie sie in der Chemie- und Baustoffindustrie oder bei der Metallverarbeitung benötigt wird. „Aktuell wird dieser Hochtemperatur-Wärmebedarf überwiegend mit fossilen Energieträgern gedeckt“, sagt Dr. Walter Tromm, der Leiter des ITES. „Hochtemperatur-Wärmespeicher wären hier eine elegante Option, die zugleich die Nutzung regenerativer Energie für industrielle Schlüsselprozesse erschliesst und das Problem der fluktuierenden Verfügbarkeit regenerativer Energiequellen löst“.

Text: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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