Eisspeicher - Thermischer Energiespeicher für Solar- und Windkraft
Energieüberschuss aus Solar- und Windkraft wird im Eis gespeichert und bei Bedarf für Kühlung verwendet
Zentrale Aufgabe Stromspeicherung: 24/7 Nutzung von regenerativen Energien zur Kälteversorgung
Die Energiewende ist eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung der nächsten Jahre. Bis 2045 soll das Energiesystem aus Produktion und Verbrauch klimaneutral gestaltet werden. Wichtiger Baustein hierfür ist der Ausbau regenerativer Energiequellen, so dass schon 2030 80% des Stromverbrauchs über die Energiegewinnung aus Solar-, Wind- und Wasserkraft gedeckt werden können. Derzeit sind es noch 45%.
Mit dem Ausbau der Kraftwerke für erneuerbare Energien ist es aber nicht getan. Hauptproblem von Solar- und Windenergie: Im Gegensatz zur Verwendung von Atomenergie oder fossilen Brennstoffen als Energiequellen stehen sie nicht konstant zur Verfügung. Die Verfügbarkeit von Sonnenenergie und Windkraft deckt sich häufig nicht mit den Lastspitzen beim Stromverbrauch. Entweder es steht mehr Ökostrom zur Verfügung als benötigt wird, dann belastet die zusätzliche Abgabe die Stromnetze und Strom wird zu sehr geringen teils negativen Preisen vergütet. Wird zu wenig Strom produziert, müssen zusätzlich konventionelle Kraftwerke hochgefahren werden.
Teil der Lösung – Thermische Energiespeicher
Neben dem Ausbau der Stromnetze erfordert die Energiewende einen zügigen Ausbau der Stromspeicherkapazitäten. Zur Erreichung der Ziele der Energiewende werden bis 2030 laut Berechnung des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme rund 100 Gigawattstunden Stromspeicherleistung zusätzlich benötigt. Eine Herkulesaufgabe, wenn man einbezieht, dass die Speicherkapazität in Deutschland derzeit bei ca. 5 Gigawattstunden liegt. Batteriespeicher allein, können dem Bedarf nicht gerecht werden.
Benötigt wird ein Mix an verschiedenen Stromspeichertechnologien, neben Batteriespeicher auch Pumpspeicher und wasserstoffbasierte Speicher. Je nach Art und Höhe des Energiebedarfs können Langzeit- oder Kurzzeitenergiespeicher, stationäre oder mobile Lösungen zur Speicherung verwendet werden.
Falls ein Teil des erzeugten Stromes für Kälteanwendungen (z.B. Klimatisierung von Gebäuden oder Kühlung von industriellen Prozessen) genutzt werden soll, bietet sich der Einsatz von Eisspeichern an.
Mit zunehmendem Kältebedarf werden thermische Energiespeicher ein wichtiger Bestandteil dieses Mix aus dringend benötigten Speichertechnologien.
Skizze Solar- und Windkraftwerk mit Eisspeicher als Stromspeicher
Was die Eisspeichertechnologie für die Verwendung als thermischer Energiespeicher auszeichnet
Eisspeicher bilden eine besondere Kategorie unter den thermischen Energiespeichersystemen. Sie haben gegenüber anderen Kältespeichern den Vorteil, dass beim Übergang zwischen flüssigem und festem Aggregatzustand eine große Menge an Energie abgegeben bzw. aufgenommen wird. Damit weist der Eisspeicher eine deutlich höhere Energiedichte auf als z.B. ein Kaltwasserspeicher.
Die Nutzung von Eis-Energiespeichern bietet sich insbesondere immer dann an, wenn ein Teil der Stromerzeugung für Kälteanwendungen wie der Klimatisierung von Gebäuden oder der Kühlung von industriellen Prozessen genutzt werden soll. Der Eisspeicher nimmt dabei die Energie in Form von Kälte auf und gibt sie genau dann ab, wenn die Kälte benötigt wird, aber keine oder nicht genügend Energie aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht.
Kälteversorgung auch dann, wenn wenig Energie zur Verfügung steht
Zu Zeiten, wenn die Leistung der Photovoltaik- oder Windkraftanlage nicht ausreicht, um mittels Kältemaschine die angeforderte Menge an Kälte zu produzieren, wird die zusätzlich benötigte Kälte aus dem Eispeicher abgegeben. Das heißt, der Eisspeicher übernimmt dann anteilig oder vollständig die Kälteversorgung. Damit kann eine sichere und bedarfsgerechte Versorgung gewährleistet werden. Gleichzeitig wird der Einsatz stromhungriger Kältemaschinen vermieden, wenn nicht ausreichend Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht.
Im Rahmen von Kältenetzen können mit Eisspeichersystemen große Mengen an überschüssiger Energie aus regenerativen Quellen in Form von Eis eingespeichert und Abnehmern zu einem beliebigen Zeitpunkt bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden.
Bei steigendem Kältebedarf und der gleichzeitigen Notwendigkeit den Anteil regenerativer Energiequellen an der Stromerzeugung zu erhöhen, kann der Eisspeicher eine Brücke zwischen diesen beiden Entwicklungen darstellen. Der Eis-Stromspeicher verbessert die Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien für Kälteanwendungen signifikant und bietet den Vorteil von geringen Verlusten und entsprechend hohen Wirkungsgraden im Vergleich mit anderen Speichertechnologien wie z.B. Batterie oder Wasserstoff.
Neue Dynamik für Eisspeicher – der sp.ICE
Unser sp.ICE Eisspeicher unterscheidet sich von den meisten konventionellen Kältespeichern, die die latente Energie von Wasser nutzen, durch eine hohe Energieeffizienz und ein besonders dynamisches Be- und Entladeverhalten. Ermöglicht wird das durch einen neu entwickelten Wärmetauscher in Kapillarrohrtechnik.
In nur 6 Stunden kann die Eisbildung im sp.ICE vollständig abgeschlossen werden. Bei Bedarf kann die Kälteleistung ähnlich schnell abgegeben werden. Das macht den sp.ICE besonders interessant zur Abdeckung von Lastspitzen in Kältenetzen, zur Reduzierung stromintensiver Kältemaschinen in Kälteanlagen und zusätzlich als Notkühler für industrielle Prozesse.
Durch die modulare, kompakte Bauweise lässt sich unser dynamischer thermischer Energiespeicher mit überschaubarem Aufwand in die bestehende Kraftwerks- und Kältetechnik integrieren.
Die Kältezentrale am Europaplatz in Heidelberg wandelt Sonnenenergie in Kälte um und spart hierdurch 1.300 t CO2 pro Jahr. Das entspricht einem CO2 Ausstoß von 900 PKWs. Wie das ermöglicht wird? Natürlich mit Eisspeichern von sp.ICE.