Energiespeicher

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

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

 
 

EC2Go

Das Car Sharing E-Mobilitätsmodell für urbane Regionen

Projektlaufzeit: 01.08.2011 - 31.07.2013

EC2Go ist ein abgeschlossenes interdisziplinäres Verbundprojekt, das die Fachhochschule Aachen gemeinsam mit zahlreichen Industriepartnern aus der Region durchführte. Entstanden ist ein eCarSharing-Konzept, das Aspekte wie geringerer Energieverbrauch, umweltfreundliches Energiemanagement, innovative Antriebstechnik und intelligente Fahrerassistenz in sich vereint. Das Solar-Institut Jülich hatte dabei die Aufgabe, ein nachhaltiges Energieversorgungskonzept für eCarSharing zu entwickeln sowie Fahrten im Modell zu simulieren und - mit dem Ziel hoher erneuerbarer Energien Vorsorgungsanteile - energieeffizient zu managen.

Veröffentlichung:

Anthrakidis, Anette; Jahn, Roland; Ritz, Thomas; Schöttler, Mirjam; Wallenborn, Ramona; Warmke, Gisela; Urbanes eCarSharing in einer vernetzten Gesellschaft, STZ Steinbeis-Transferzentrum Usability und Innovative Systeme zur Informationslogistik, Karlsruhe, DE, 20140604162, S. 148/2013

HiTexStor

High Temperatures heat Exchange and Storage

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.

 

I-TESS

Integration thermischer Stromspeicher in existierende Kraftwerksstandorte

Projektbeginn: 05.10.2015

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.

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
Zuluftanlage auf dem Dach der Papierfabrik

SolMethCO²

Solare Produktion von Methanol aus Kohlendioxid

Projektlaufzeit: 01.02.2009 bis 31.01.2012

Im Rahmen des Projektes "SolMethCO²" wurden die Eigenschaften verschiedener Katalysatoren für die Reformierungsreaktion untersucht. Auf Basis von Literaturrecherche, Praxiserfahrung, Experimentenergebnisse und Simulationsrechnungen wurden diverse CO²-zu-Methanol-Verfahren analysiert und bewertet. Um ein besseres Verständnis über die Prozessparameter, wie Umsatz, Effizienz und Reaktionsgeschwindigkeit der CO²--Reformierung von Methan, zu gewinnen, wurde ein Laborteststand entwickelt und aufgebaut. Die Betriebscharakteristika wurden unter konstanten Bedigungen als auch unter solar-typischen fluktuierenden Randbedingungen analysiert. Es wurden zwei Szenarien zur CO²-Erzeugung durch "Post-Combustion" und Systhesegaserzeugung durch CO²-Reformierung und 2) Absorption von CO² aus der Atmosphäre und photokatalytische Methanol-Direkterzeugung- Die Kommerzialisierung des Prozesses erlaubt eine Diversifizierung der Solarenergienutzung, zusätzlich zur Stromerzeugugng als Brennstoff und als Rohrstoff für die Chemieindustrie. 

Projektpartner:

  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
  • Ferrostaal AG
  • FB Chemie und Biotechnologie der FH Aachen

Gefördert durch:

  • Europäische Union - Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung

    SpOpt

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

    Projektbeginn: 01.07.2010 

    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
    Schematische Skizze des thermischen Speichers | KBA-Clean Air GmbH

    TESS

    Thermischer Stromspeicher

    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 des Power-to-Heat Konzeptes aus Netzüberschussstrom zu realisieren. Im Gegensatz zum herkömmlichen Power-to-Heat Ansatz wird die Wärme jedoch auf einem höheren Temperaturniveau gespeichert (500 – 800°C) und kann somit in einem Wärmekraftprozess teilweise wieder rückverstromt werden. Der exergetische Wirkungsgrad des Power-to-Heat Prozesses kann dadurch deutlich erhöht werden.

    Vorteile:

    • Anders als bei Pumpspeicherkraftwerken kann ein thermischer Stromspeicher unabhängig von geographischen oder geologischen Voraussetzungen gebaut und betrieben werden.
    • Kompakte Bauweise
    • Verwendung von bekannten Komponenten und Technologien aus der Industrie (Elektroheizung), der konventionellen Kraftwerkstechnik (Turbinenkreislauf) und der Solartechnik (Hochtemperaturspeicher)
    • Synergien mit konventionellen Kraftwerken und vorhandener Infrastruktur
    • Gute Skalierbarkeit
    • Relativ geringe Kosten, vergleichbar mit Pumpspeicherkraftwerken (deutlich günstiger als Batteriespeicher)
    • Deutlich höherer exergetischer Wirkungsgrad als bei herkömmlichen Power-to-Heat Anwendungen

    Nachteil:

    • Moderater elektrischer Wirkungsgrad (ca. 40%- 50%), allerdings vergleichbar mit Power-to-Gas und Druckluftspeichern.

    Dieser Nachteil kann durch Kraft-Wärme-Kopplung ausgeglichen werden. Darüber hinaus wird an weiteren Ansätzen zur Wirkungsgradsteigerung geforscht.

    Konzept eines thermischen Stromspeichers

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