Energiespeicher und Wasserstoff

Zentrales Thema für unser zukünftiges Energieversorgungssystem werden Energiespeicher und Wasserstoff sein. Nur, wenn der erzeugte Strom intelligent gespeichert, umgewandelt und transportiert werden kann, wird die Energiewende erfolgreich sein. Mit seinen innovativen Speicherkonzepten und Projekten zur Wasserstoffwirtschaft leistet das SIJ bereits heute einen wichtigen Beitrag für eine verlässliche Energieversorgung.

Abgeschlossene Projekte

BiStro

Bauwerksintegrierte thermische Speicherung für das Lastmanagement von Stromnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energiequellen

Projektlaufzeit: September 2013 - Juni 2017

Mit dem Fortschreiten der Energiewende werden die Stromnetze zunehmend mit fluktuierenden erneuerbaren Energieträgern durchdrungen. Dies bedingt die dringende Notwendigkeit zur Bereitstellung kostengünstiger Stromspeicher oder entsprechender Lastmanagement-Optionen.

Im Rahmen dieses Vorhabens untersucht das Solar-Institut Jülich der FH Aachen gemeinsam mit seinen Forschungspartnern Viessmann, DuPont de Nemours, RWTH Aachen und Infrawest die Option der Energiespeicherung durch mit Wärmepumpen beheizte und mit thermischer Speicherfähigkeit ausgestattete Gebäude als Schnittstelle zwischen Strom- und Wärmemarkt. Dabei soll die Energiespeicherfähigkeit mit integrierten Latentwärme-Speichermaterialien deutlich erhöht werden. Eine erfolgreiche Umsetzung erfordert die Einbeziehung folgender Aspekte: Anpassung der Niedertemperaturwärmequelle, vorausschauende Regelung und gebäudeseitiges Lastmanagement, thermische Behaglichkeit, benötigte und zulässige Temperaturniveaus. Es wird ermittelt, wie Strombezugspreise an das Über- beziehungsweise Unterangebot angepasst werden müssen, so dass eine Refinanzierung der Zusatzinvestitionen erreicht wird.

Bei erfolgreichem Projektabschluss steht dem Markt ein System zur Verfügung, mit dem einerseits eine hohe negative Regelleistung (ca. 5 GW bei 1 Million Anlagen) dezentral aktiviert und andererseits eine passive Speicherkapazität von einigen 100 GWh zum Ausgleich von Schwankungen der erneuerbaren Energiequellen bereitgestellt werden kann.

Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner:innen:

  • Du Pont
  • Infrawest
  • RWTH Aachen
  • Viessmann

HiTexStor

High Temperatures heat Exchange and Storage

Laufzeit: 01.10.2010 - 31.12.2016

Die Idee, Sand als Speichermedium für Wärmeenergie zu nutzen, ist Grundlage dieses Projektes. Die Beständigkeit bei hohen Temperaturen, die hohe Verfügbarkeit und die niedrigen Materialpreisen machen Sand zu einem hervorragenden Speichermaterial.Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Übertragung von Wärme aus bis zu 700°C heißer Luft in Sand.

In Zusammenarbeit mit dem DLR wurden in Laborversuchen die Eigenschaften von verschiedenen Sanden und Schüttgütern auf ihre Eignung als Wärmeträgermedium und als Wärmespeichermaterial getestet. Darauf aufbauend wurde eine Versuchsanlage für eine direkte Wärmeübertragung von Luft auf Sand konzeptioniert und gebaut. Damit wird das Verhalten des Sandes im Betrieb untersucht.

Dieser Wärmeübertrager soll eingesetzt werden um in Solarkraftwerken Schüttgut-Wärmespeicher zu realisieren. Ein weiterer Einsatzzweck ist bei Industrieprozessen zur Abluftwärme-Rückgewinnung denkbar.

 

Indiref

Indirekt solar-beheizter Reformer zur Herstellung von Methanol

Projektlaufzeit: 01.12.2016 - 31.12.2019

Im Projekt "Indiref" wird ein Prozess der indirekt solar-beheizten Reformierung zur Herstellung von Methanol aus Kohlenstoffdioxid und Erdgas weiterentwickelt. Die konventionelle Herstellung von Synstesegas, das Ausgangsprodukt für viele chemische Produkte wie zum Beispiel Methanol ist, verursacht signifikante Kohlenstoffdioxid Emissionen. Beim Einsatz von konzentrierter Solarstrahlung lassen sich die Emissionen stark reduzieren. Ein Kohlenstoffdioxid-Recycling im Prozess reduziert die Emissionen weiter. So kann die Nutzung von Sonnenergie in den Bereich der Chemieindustrie ausgeweitet werden.

Im Vordergrund stehen die Entwicklung des Reformierungsreaktors und eines modifizierten Solar-Receivers für diese Anwendung, welche technisch umgesetzt und unter solaren Bedingungen getestet werden kann. Zur Erreichung maximaler Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems wird parallel ein Prozesssimulationsmodell aufgebaut und anhand der Versuchsergebnisse validiert. Auf Basis dessen erfolgt eine virtuelle Hochskalierung des Prozesses, um das technisch-ökonomische Potenzial für eine Markteinführung zu bewerten.

Bisher wurde der solarbeheizte Reformierungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegas entwickelt. Mit Hilfe von CFD-Simulationen erzielte das SIJ eine besonders effektive Wärmeübertragung und Synthesegaserzeugung für das entwickelte Bajonettrohrreaktorkonzept, auf dessen Basis ein Testreaktor konstruiert wurde. Der Versuchsaufbau wurde im Rahmen des Projekts im Synlight (künstliche Sonne des DLR) in Jülich aufgebaut, wo anschließend Tests mit künstlicher Sonneneinstrahlung durchgeführt werden. Eine Prozesssimulation der solarbeheizten Reformierungsanlage wurde mit der Software Dymola im industriellen Maßstab modelliert und simuliert.

Projektpartner:

  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
  • Hilger GmbH
  • Hille & Müller GmbH

Gefördert durch:

  • Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von EFRE-Mitteln

PWP

Prozessübergreifendes Wärmemanagement in Produktionsanlagen - am Beispiel der Papierfabrik von UPM in Hürth

Projektlaufzeit: 01.09.2011 - 30.06.2015

Ziel des Projektes ist eine umfassende Steigerung der Energieffizienz der Papierfabrik. Die notwendige neuartige Technologie soll vorbildlich für die gesamte Papierindustrie und andere Produktionszweige sein. Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein von UPM patentiertes und innovatives Wärme-Wasser-Speichersystem in die bestehende Großanlage integriert. Dieses soll die im Produktionsprozess bis dato nicht genutzte Wärmemenge umfassend und gegebenenfalls zeitlich entkoppelt zurückgewinnen. Neben der Einsparung von Energie ist mit erheblichen Einsparungen im Frischwasser - und Abwasserbereich zu rechnen. Darüber hinaus kann die Abwassertemperatur deutlich gesenkt werden. Das Projekt verbindet so den Umweltschutz mit der Steigerung der Konkurrenzfähigkeit der Produktionsstätte. 

Das Solar-Institut Jülich der Fachhochschule Aachen führt die wissenschaftliche Analyse und Optimierungsrechnungen durch und unterstützt die Partner UPM, Pöyry und Wallstein.

Gefördert durch:

  • Europäische Union
  • Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektpartner:innen:

  • The Biofore Company
  • PÖYRY
  • Wallstein

StoreToPower

Stromspeicherung in Hochtemperatur-Wärmespeicherkraftwerken

Projektlaufzeit 01.01.2019 - 30.09.2021

Wie kann die Versorgungssicherheit auch ohne Kohlekraftwerke gewährleistet werden? Was passiert mit den Kraftwerken nach dem Kohleausstieg? Wie kann der Ausstieg sozialverträglich gestaltet werden? StoreToPower kann zu der Lösung dieser Probleme einen wesentlichen Beitrag liefern.

In dem Projekt wird der Umbau eines Kohlekraftwerkes zu einem Wärmespeicherkraftwerk projektiert. Ein Wärmespeicherkraftwerk stellt ein erweitertes thermisches Kraftwerk dar, bei dem ein Wärmespeichersystem parallel zum klassischen Dampferzeuger geschaltet wird. Das Wärmespeichersystem nutzt Strom in Niedrigpreisphasen, um die elektrische Energie in Form von sensibler Wärme mittels einer elektrischen Heizung zu speichern. Als Wärmespeichermaterial können Salzschmelze oder ein über Heißluft erhitzter Feststoff verwendet werden. Bei hohen Strompreisen kann die Wärme unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktur (Dampfkreislauf mit Turbine, Kondensator, Generator und Kühlsystem) wieder verstromt werden. Dieses Konzept trägt dazu bei, volatilen Strom (mit dem weiteren Ausbau der Erneuerbaren in Zukunft zunehmend) zur Bereitstellung steuerbarer und gesicherter Leistung zu nutzen. Langfristig könnte die Kohlefeuerung komplett durch den Speicher ersetzt werden. Das Ziel besteht in der Entwicklung und Demonstration CO2-freier/armer Wärmespeicherkraftwerke, die eine 100%ige Versorgungssicherheit bei minimalem CO2-Ausstoß für die Energiewende ermöglichen.

Zum weltweit ersten Mal soll im Projekt StoreToPower ein derartiges Konzept an einem Kraftwerk der RWE AG erprobt werden. Das Projekt steht am Solar-Institut Jülich (SIJ) in direkter Nachfolge zur ebenfalls vom Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen geförderten I-TESS-Studie aus dem Jahr 2017. Die Aufgabe des SIJ in dem aktuellen Projekt besteht in der Entwicklung von Referenzkonzepten zur Erweiterung/Umbau von Kohlekraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung durch Hochtemperatur-Wärmespeicher und deren techno-ökonomischen Bewertung. Außerdem werden eine Lebenszyklusanalyse (LCA) zum Wärmespeichersystem und dynamische Simulationen für den elektrischen Erhitzer durchgeführt. Für die wirtschaftliche Betrachtung wird eine Bedarfsanalyse für Wärmespeicherkraftwerke im europäischen Verbundnetz sowie eine Abschätzung des Marktpotenzials für an Fernwärmenetze gekoppelte Wärmespeicherkraftwerke vorgenommen. Das Institut NOWUM Energy der FH Aachen erstellt dabei zukünftige Marktpotenziale mittels verschiedener stochastischer Modelle und berechnet den wirtschaftlichen Ertrag unter Berücksichtigung verschiedener Strompreisentwicklungsszenarien anhand von Hourly Price Forward Curves der folgenden drei Jahrzehnte. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Planung einer Pilotanlage ein.

SWS

Strom-zu-Wärme-Technologien mit Salzspeicher für den Einsatz in der Industrie und in PV CSP-Hybridkraftwerken

Projektbeginn: Mai 2018

Etwa 30 % des Endenergiebedarfs der Bundesrepublik Deutschland bezieht der Industriesektor. Davon werden etwa zwei Drittel für die Erzeugung von Prozesswärme verwendet, wobei in der Regel große Mengen an Abwärme anfallen. Die Abwärme entsteht in der Regel auf einem Temperaturniveau, das unterhalb der erforderlichen Temperatur für die jeweiligen Prozesse liegt. Im Projekt SWS wird daher eine Hochtemperatur Wärmepumpe in Kombination mit einem Salzschmelze Wärmespeicher untersucht. Mittels der Wärmepumpe wird Abwärme auf eine Temperatur von über 500 °C gebracht und in den Wärmespeicher eingespeichert. Das Entladen des Speichers erfolgt bedarfsgeführt in Abhängig des angeschlossenen Verbrauchers.

Neben einer Hochtemperatur-Wärmepumpe wird als weitere Strom zu Wärme-Technologie (engl. Power to Heat, P2H) ein kommerzieller Widerstandserhitzer untersucht. Dieser kann ebenfalls zum Beladen eines thermischen Speichers eingesetzt werden. An der Strombörse werden in Zeiten mit großem Angebot an erneuerbarem Strom und dem daraus resultierenden Überschuss, regelmäßig negative Strompreise beobachtet. Mithilfe der untersuchten Technologien kann dieser Überschussstrom genutzt werden und somit zusätzlich zur Netzstabilität beitragen. Weiterhin wird die Implementierung von P2H Technologien in CSP Kraftwerken (Concentrating Solar Power) untersucht. Dies ist für den Standort NRW von besonderem Interesse, da hier ansässige Industrieunternehmen einen hohen Marktanteil an der Herstellung von CSP-Komponenten haben und des Weiteren Dienstleistungen in diesem Bereich anbieten. Darüber hinaus wird die Auslegung dieser beiden P2H-Technologien in einem innovativen Konzept für den Einsatz als PV-CSP-Kraftwerk untersucht. Hierbei wird kostengünstiger PV-Strom teilweise in Hochtemperaturwärme-speichern (Carnot-Batterie) für Zeiten ohne Sonneneinstrahlung zwischengespeichert und dadurch bedarfsgerecht angeboten werden.

Bisher wurde für den Standort NRW eine Marktanalyse des Prozesswärmebedarfs für verschiedene geeignete Industriebranchen durchgeführt. Das SIJ hat bestehende energieintensive Prozesswärmeerzeuger und -verbraucher in NRW identifiziert, bewertet und zu einer Auswahl prozesswärmeintensiver Unternehmen Kontakt aufgenommen.
Darüber hinaus wurden bereits dynamische Simulationen von verschiedenen Power-to-Heat Systemen in Kombination mit einem Salzschmelze Wärmespeicher für verschiedene Leistungsklassen, Arbeitsmedien und Kopplungskonzepte mit der Software Dymola® durchgeführt und teilweise validiert.

Projektpartner:

  • TSK Flagsol
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

Gefördert durch:

  • Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von EFRE-Mitteln

TESS 2.0

Thermischer Stromspeicher

Projektlaufzeit 01.10.2017 - 31.10.2021

Die Speicherung von Hochtemperaturwärme mit anschließender Verstromung in Dampfkraftprozessen ist aus solarthermischen Kraftwerken bekannt. In diesen Anwendungen wird die Hochtemperaturwärme durch konzentrierende Solarkollektoren eingesammelt. Die Idee beim thermischen Stromspeicher ist es, die Beladung des Speichers statt mit Solarenergie mittels eines Power-to-Heat-Konzeptes aus Netzüberschussstrom zu realisieren. Für eine dezentrale und flexible Strom- und Wärmeversorgung wird vom Solar-Institut Jülich das Speicherkonzept multiTESS (multifunktionaler thermischer Stromspeicher) entwickelt. Im Gegensatz zum herkömmlichen Power-to-Heat-Ansatz wird die Wärme im thermischen Stromspeicher von multiTESS als Hochtemperaturwärme bei bis zu 1000 °C gespeichert und kann somit in einem Wärmekraftprozess teilweise wieder rückverstromt werden. Die Multifunktionalität von multiTESS begründet sich in der flexiblen Wahl der Wärmequelle und -senke (vgl. Abbildung 1). Als Wärmequellen können eine elektrische Heizung oder Abwärme genutzt werden. Beim Ausspeichern kann neben Strom auch Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus bereitgestellt werden.

Im Projekt TESS 2.0 wird erstmals die Nutzungskette Power-to-Power&Heat des multiTESS-Konzepts in Form einer Pilotanlage abgebildet (vgl. Abbildung 2). Das vom BMWi geförderte Projekt profitiert dabei von den Expertisen der Industriepartner Dürr Systems AG, Kraftanlagen München GmbH und Otto Junker GmbH. Im Fokus stehen dabei die Erzeugung und Prozessführung von 1000 °C heißer Luft, die Speicherung der Hochtemperaturwärme, sowie die Einbindung der Rückverstromung und die Wärmeauskopplung. Für die Erzeugung der Hochtemperaturwärme hat der Projektpartner Otto Junker GmbH ein innovatives Heizungskonzept entwickelt (Stand der Technik: 750 °C). Die Konzeptionierung sowie der Bau des ebenfalls neuartigen Keramikspeichers wurden durch Dürr System AG durchgeführt. Die Detailplanung des Anlagenkonzeptes wurde maßgeblich von der Kraftanlagen München GmbH realisiert. Das Solar-Institut Jülich ist Ideengeber und Initiator des Projektes, fungiert als Projektkoordinator, unterstützt in der Konzeptplanung und führt nach Fertigstellung der Anlage die wissenschaftlichen Untersuchungen durch.

Während der Versuche soll das Betriebsverhalten der einzelnen Komponenten untersucht und deren Prozessführung im Gesamtsystem optimiert werden. Das Ziel des Projekts ist es, aus der Kombination der Einzelkomponenten ein innovatives und primärenergieeinsparendes Gesamtsystem zu realisieren.

Nähere Informationen können Sie hier nachlesen: Näheres

Editor

Evaluation of the Dispatchability of a Parabolic Trough Collector System with Concrete Storage

Link zur EDITOR-Homepage: EDITOR

Projektlaufzeit: 01.10.2015 bis 30.09.2018

Die Zielsetzung von EDITOR ist es, die Grundlastfähigkeit sowie Leistungsfähigkeit eines solarthermisches Systems, das für kontinuierlichen Betrieb konzipiert ist, zu demonstrieren und zu verifizieren. Während der Projektlaufzeit wird ein System bestehend aus einem mittelgroßen Parabolrinnenkollektor, Betonwärmespeicher und Kessel auf Zypern errichtet. Mit dem System wird Sattdampf produziert und in das Dampfsystem eines Getränkeherstellers eingespeist.

Der Parabolrinnenkollektor erhitzt mit einem innovativen Vakuumreceiver ein neuartiges, umweltfreundliches Thermoöl auf über 400 Grad Celsius. Ein innovatives neues Betonwärmespeichersystem speichert die gewonnene Wärme, um diese in Zeiten ohne (ausreichender) Direktsolarstrahlung für die Produktion von Sattdampf zu nutzen.

Im Projekt werden sowohl die technischen Aktivitäten der Installation, Inbetriebnahme und dem Betrieb der Anlage, als auch kommerzielle Gesichtspunkte, wie zum Beispiel die Machbarkeit hinsichtlich Hochskalierung, die Identifizierung von zukünftigen Kunden und der begleitende Kommunikationsprozess mit dem potentiellen Markt, umgesetzt.

Projektpartner:

  • protarget AG
  • Cyprus University of technology
  • CADE Soluciones de Ingeniería, S. L.
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

H2Loop

Quasi-geschlossene Heliostatenfeld-Regelung eines Multi-Kammer-Reaktors zur solaren Wasserstofferzeugung

Projektbeginn: Oktober 2018

Das Vorhaben verfolgt das Ziel eine vollautomatisierte Regelung der Prozesstemperatur in einem solarchemischen Multi-Kammer-Reaktor mittels des Heliostatenfeldes zu realisieren. Zu diesem Zweck wird ein innovatives, neuartiges, quasi-geschlossenes Regelungskonzept (H2Loop) entwickelt.

Ein innovatives modellbasiertes Optimierungstool ermöglicht die vorausschauende Berechnung und Optimierung der Zielpunktstrategien für einen Multi-Kammer-Reaktor. Der zweite innovative Schritt ist die Integration eines Online-Kalibrierverfahrens in die Heliostatfeld-Kontrollsoftware. Das echtzeitfähige Kommunikationsnetzwerk stellt die dritte Innovation im Heliostatfeld dar. Die vierte Innovation betrifft den Heliostaten selbst. Hierfür wird zum einen die Konstruktion des Heliostaten für den Einsatz des Netzwerks optimiert. Zusätzlich wird ein individuelles, automatisiertes Canting ermöglicht.

Diese Innovationen ermöglichen als Ganzes die automatisierte Regelung des Multi-Kammer-Reaktors und leisten unabhängig voneinander einen bedeutsamen Beitrag zur Leistungssteigerung und Kostenreduzierung in Solarturmanlagen, was zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der solaren Wasserstoffherstellung führt.

Das SIJ hat sowohl verschiedene bestehende Kalibrierverfahren untersucht und verbessert, als auch neue Verfahren entwickelt. Es wurde ein Kalibrierverfahren ausgewählt, das im weiteren Verlauf des Projekts in größerem Maßstab getestet werden soll.

Projektpartner:

  • Hilger GmbH
  • Heliokon GmbH
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

Gefördert durch:

  • Europäische Union - Investition in unsere Zukunft Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
  • Landesregierung NRW - Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen
  • EFRE.NRW - Investition in Wachstum und Beschäftigung

I-TESS

Integration thermischer Stromspeicher in existierende Kraftwerksstandorte

Projektlaufzeit: 01.10.2015 - 31.12.2016

Resultierend aus dem Umbau des deutschen Stromsystems hin zu erneuerbaren, fluktuierenden Erzeugungsformen werden in den nächsten Jahrzehnten große Herausforderungen auf die verschiedensten Akteure zukommen. Im Projekt I-TESS wird analysiert, inwieweit thermische Speicher bei der bedarfsgerechten Bereitstellung von Strom und Wärme sowie bei der Stabilisierung des Stromnetzes Beiträge liefern können. Hierbei spielt neben der Nutzung alter Kraftwerksstandorte zum Aufbau neuartiger thermischer Stromspeicherkraftwerke auch die Integration thermischer Speicher in existierende Kohlekraftwerke eine entscheidende Rolle. Letzteres soll die Flexibilität heutiger Kohlekraftwerke drastisch erhöhen und damit zur bedarfsgerechten Stromproduktion entscheidend beitragen. Neben technischen Fragestellungen liegt ein weiterer Schwerpunkt des Projekts auf der Abschätzung der Investitionskosten und der wirtschaftlichen Erfolgschancen.

Genauere Infos erhalten Sie in dem Flyer zum Projekt. Dazu klicken Sie bitte hier.

SmartBioFlex

Mäanderförmiger Röhrenreaktor zur biologischen Methanisierung als chemischer Speicher zur Bereitstellung von Flexibilisierungsoptionen in Stromnetzen

Förderzeitraum: 01.11.2019 - 31.10.2022

Der geplante Zubau an Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraftanlagen und Photovoltaik-Anlagen, bei gleichzeitigem Rückgang von konventionellen Kraftwerkskapazitäten stellt eine große Herausforderung für die Stromnetzstabilität und die Energieversorgungssicherheit dar. Energieversorgungssicherheit kann nur durch den Einsatz von bedarfsgerechten Speichertechnologien sowie andere begleitende Maßnahmen gewährleistet werden.

Die Arbeitsschwerpunkte des NOWUM im Projekt:

Bio-Power-to-Gas ist eine Art der Energiespeicherung, bei der Mikroben eingesetzt werden, um - bei Stromüberangebot durch Elektrolyse erzeugten - Wasserstoff zu erdgasäquivalentem Methan umzuwandeln, das fast ohne Einschränkung in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden kann. Ziel des Projektes ist der Aufbau und der Testbetrieb einer neuartigen Reaktorbauform als mäanderförmiger Röhrenreaktor. Durch diesen können sowohl der Energieaufwand für den Betrieb als auch die Systemkosten gegenüber herkömmlichen Reaktoren deutlich minimiert werden. Außerdem kann durch eine flexible Bauweise z.B. eine Integration in bestehende Gebäudefassaden erfolgen. Im Projekt wird der Einsatz dieser baulich flexiblen und damit dezentral einsetzbaren Technologie erstmals im Realbetrieb erprobt.

Die Arbeitsschwerpunkte des SIJ im Projekt:

Die Wirkung des Reaktors auf das übergeordnete sektorengekoppelte Energiesystem und sein Stabilisierungs-Potenzial mit Fokus auf das Stromnetz werden modellhaft für die Region Jülich ermittelt. Alle relevanten Systemkomponenten werden hierzu modelliert und mittels der Testbetriebsdaten validiert. Zubauszenarien für zukünftige Last- und Erzeugungsprofile werden unter Berücksichtigung des Zubaus erneuerbarer Energien, Sektorenkopplung und veränderter Energiebedarfe (z.B. verstärkte Nutzung von E-Mobilität) entwickelt, so dass sich zukünftige Betriebsszenarien für ausgewählte Netzgebiete simulieren lassen. Potenziale zur Übertragbarkeit auf andere Netzgebiete und hinsichtlich Skalierbarkeit werden abgeleitet.

SpOpt

Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, des Nutzungsgrades sowie der Flexibilität und die Betriebsdauer des Speichersystems im Solarturm Jülich

Projektbeginn: 01.07.2010 - 31.12.2013

Mit dem solarthermischen Versuchskraftwerk Jülich (SVJ) wurde das weltweit erste Kraftwerk dieser Art in Deutschland gebaut. Dieses Projekt dient dem verbesserten Einsatz der Speichertechnologie und der damit verbundenen Senkung der Kraftwerksbetriebskosten. Schwerpunkt dieses Projektes ist mittels neuen nummerischen Simulationstools die Wirtschaftlichkeit, den Nutzungsgrad, die Flexibilität und die Betriebsdauer des Speichersystems zu erhöhen. Die Optimierungen sollen in einem innovativen Speichersystem-Konzept münden, der für den Einsatz in Solarturmkraftwerken prädestiniert ist.

Projektpartner:

  •     KBA-MetalPrint GmbH | KBA
  •     Kraftanlagen München GmbH | KAM

TRAKSOL

Entwicklung und Qualifizierung von Solarreceivern auf Basis transparenter Keramik für solarverfahrenstechnische Prozesse

Projektbeginn: März 2018

Hochtemperaturwärme aus konzentrierenden Solaranlagen wird heute kommerziell zur Produktion von elektrischem Strom genutzt, eignet sich aber auch zur Substitution von fossilen Energieträgern in der Verfahrenstechnik. Vor allem in der chemischen Industrie liegen große Potenziale für die Nutzung von Solarenergie.

Im Projekt TRAKSOL wird ein Receiverkonzept für die Anwendung konzentrierender Solartechnik in chemischen Prozessen entwickelt. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung und Qualifizierung der von CeramTec entwickelten transparenten Keramik Perlucor® hinsichtlich der Eignung für konzentrierende Solartechnik. Durch die Möglichkeit die Arbeitsmedien direkt zu erhitzen verspricht der Einsatz dieser Keramik höhere Wirkungsgrade. Aufgrund der hohen Beständigkeit kann die Keramik für eine große Bandbreite von Prozessen verwendet werden.

Als exemplarischer Prozess wurde die Verdampfung von Schwefelsäure bei etwa 400 °C betrachtet. Die Verdampfung der Schwefelsäure ist der energieintensivste Teil des zweistufigen Schwefelsäurehybridprozesses (HyS), in dem Wasser unter Einsatz von thermischer Energie gepalten und Wasserstoff erzeugt wird. Die konventionellen Herstellungsverfahren von Wasserstoff verursachen hohe CO2-Emissionen. Der Einsatz von Solarenergie kann diese Emissionen stark reduzieren.

Die Zielrichtung des Projektes wurde an die Resultate aus erfolgten Korrosionstests und an das Eigenschaftsprofil der Keramik angepasst:  Der Fokus der Entwicklung liegt nun auf der Entwicklung eines Hochtemperatur-Partikelreceivers. Die extrem harte und temperaturbeständige Keramik ermöglicht dabei die direkte Bestrahlung der Partikel. Die thermische Energie der Partikel kann nach der Erhitzung gespeichert werden und für Dampfkreisprozesse zur Elektrizitätserzeugung oder für kontinuierliche chemische Prozesse, wie z.B. den der Schwefelsäureverdampfung, genutzt werden.

Projektpartner:

  • CeramTec-ETEC GmbH
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
  • Hilger GmbH

Gefördert durch:

  • Europäische Union - Investition in unsere Zukunft Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
  • Landesregierung NRW - Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen
  • EFRE.NRW - Investition in Wachstum und Beschäftigung