Wie Batterien aus Steinen zur Energiewende beitragen können
Erneuerbare Energiequellen sind sehr volatil, liefern also mal mehr, mal weniger Energie. Wenn man Kohle-, Öl- oder Gaskraftwerke damit in immer größerem Maß ablösen will, benötigt man Speicher, und zwar große. Elektrochemische Batterien sind teuer und benötigen viele Ressourcen. Für die Anforderungen ganzer Stromnetze sind also andere Speicherformen gefragt. Pumpspeicherkraftwerke und Wasserstoff etwa, oder aber Steine. Es gibt sie überall, sie sind billig und sie können Wärme sehr gut speichern.
Gut bei mehr als 600 Grad
Was nutzt das, wenn man Strom speichern will? Man kann eine sogenannte Carnot-Batterie daraus bauen. Mit dem Strom werden die Steine aufgeheizt, sie speichern die Wärme über Tage oder Wochen. Bei Bedarf kann die gespeicherte thermische Energie wieder in Strom umgewandelt werden, etwa indem mit der Wärme Wasser verdampft wird und eine Turbine mit daran hängendem Generator antreibt.
Carnot-Batterien kann man mit allen möglichen Stoffen umsetzen, etwa Wasser, Flüssigsalz, Keramik, Graphit, Beton, kurz: allen Materialien, die eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweisen. Das Besondere an Steinen und anderen Feststoffen ist, dass man sie besonders stark aufheizen kann, erklärt Christoph Hochenauer, der Leiter des Instituts für Wärmetechnik der TU Graz. "Bis 100 Grad hat Wasser die mit Abstand besten Eigenschaften als Wärmespeicher, Salzschmelzen kann man bis rund 600 Grad Celsius aufheizen, für alles darüber kommen nur noch Feststoffspeicher infrage."
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Auch eine Carnot-Batterie, aber mit Flüssigsalz: Solarthermische Kraftwerke bündeln Sonnenlicht auf einen Tank, der auch bei Dunkelheit Wärme zur Stromerzeugung abgeben kann
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Viel Aktivität rund um TES
Je höhere Temperaturen man erreicht, desto länger kommt man damit aus. Abgesehen von der Umwandlung in Strom kann man die Wärme natürlich auch direkt nutzen, etwa um bestimmte Industrieprozesse oder Fernwärmesysteme zu versorgen. Weil Steine so günstig und überall verfügbar sind, sind in den letzten Jahren immer mehr Unternehmen und Forschungsprojekte entstanden, die ihr Potenzial als Wärmespeicher nutzen wollen.
Thermische Energiespeicher (TES) mit Steinen werden u.a. vom israelischen Unternehmen Brenmiller angeboten oder von Stiesdal Storage Technologies aus Dänemark. Die finnische Firma Polar Night Energy speichert Wärme in Sand.
Ein großes Projekt wurde von Siemens Gamesa in Hamburg verwirklicht. Mittlerweile ist dieses aber wieder eingestellt. Wie das Unternehmen der futurezone mitteilt, wurde die technische Machbarkeit gezeigt, es gebe aber noch keinen kommerziellen Markt für Großspeicher. Die Lage verändere sich aber gerade, sagt Thomas Riegler, Projektleiter von AEE INTEC. Das österreichische Forschungsinstitut leitet im Auftrag der internationalen Energieagentur eine internationale Expertengruppe mit dem Ziel, das Potenzial von Wärmespeichern zu erheben und Entscheidungsträgern näherzubringen.
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Fakten
- Vorteile von thermischer Energiespeicherung mit Steinen: Benötigen keine seltenen Materialien, verlieren mit der Zeit nicht an Leistung, haben keinen negativen Einfluss auf die Umwelt, sind kostengünstig
- Die Positionierung in der Nähe von Städten ist vorteilhaft. Dort gibt es einen höheren Wärmebedarf. Mit der Nutzung der Abwärme erhöht man den Wirkungsgrad
- 2.500 Grad Celsius sollen Wärmespeicher erreichen, die mit Graphit arbeiten. Die US-Start-ups Antora Energy und Forth Power versprechen der Industrie so viel Hitze, um selbst Stahl zu schmelzen
Saisonale Verschiebung möglich
"Bedarf gibt es schon", erklärt Riegler. "Etwa bei Betreibern von Windparks, die Turbinen bei viel Wind abschalten müssen, weil das Stromnetz sonst überlastet wäre." Ein großer Zwischenspeicher würde es ermöglichen, den erzeugten Strom langsamer an das Netz abzugeben.
Bei Steinspeichern gebe es derzeit viel Forschung und Entwicklung, es entstünden viele unterschiedliche Varianten. Wichtig sei, dass jeweils lokal vorkommendes Gestein verwendet werde, um aufwendige Transporte zu vermeiden. Auch wenn sich manche Steinsorten, etwa Speckstein oder Basalt, besser eignen, große Unterschiede bei der Wärmekapazität gebe es nicht.
Laut Hochenauer könne man beim Speichern von Strom in Wärmespeichern mit einem Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent rechnen. Speichert man Strom also als thermische Energie und erzeugt daraus wieder Strom, ist nur noch ein Drittel übrig. Damit spielten TES in einer ähnlichen Liga wie Wasserstoff. Bei Steinspeichern sei eine Energiespeicherung über mehrere Monate denkbar. Insofern würden sie sich auch für saisonale Verschiebungen eignen, etwa um im Sommer reichlich erzeugten Solarstrom erst im Winter zu verbrauchen.