Erneuerbare Energien Stromspeicher für die Erneuerbaren: Was können Salzschmelze und Flüssigmetall leisten?

Redakteur: Dominik Stephan

Auf dem Weg zu thermischen Großspeichern: Die hohe Fluktuation von Wind- und Sonnenenergie lassen den Wunsch nach Speicherlösungen aufkommen. Salzschmelzen, wie sie etwa in Solarthermen zum Einsatz kommen, könnten helfen - Doch die geforderten Technologien der "zweiten Generation" haben ganz andere Tücken

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

Windparks und Solaranlagen erzeugen in Deutschland jedes Jahr tausende Gigawattstunden Strom, der im Moment der Erzeugung nicht genutzt werden kann und abgeregelt wird. In anderen Momenten wiederum werden fehlende Kapazitäten mit Energie aus fossilen Quellen ersetzt. Gerade in Wind- und Sonnenergie sind nicht völlig berechenbar - und Strom muss nun einmal dann abgenommen werden, wenn er erzeugt wird. Wie also können die "erneuerbaren" die gleiche Versorgungssicherheit und Qualität gewährleisten wie bisher Kohle, Gas und Atomstrom?

Wenn Batterien ausscheiden und die Speicherseen leer sind, könnten große elektrothermische Speicher helfen, für Netzstabilität zu sorgen: 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.“

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Derartige 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 Verfahren mit 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.

Wenn es heiß hergeht: Flüssigmetall udn Salz werden zur Werkstoff-Herausforderung

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.“

Nicht nur Grünstrom: Auch die Industrie könnte von thermischen Speichern profitieren

Ein großer Vorteil von thermischen Speicherlösungensind 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“.

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