Schwankungen bei erneuerbaren Energien 07.02.2019, 12:04 Uhr

Kohlekraftwerke sollen nach ihrer Stilllegung zu Carnot-Batterien werden

Überschüssiger Strom könnte Speicher aus flüssigem Metall erhitzen. Diese Energie lässt sich nutzen, um Engpässe bei der Energieversorgung zu überbrücken. Selbst Erdgas lässt sich mit der Flüssigmetall-Technik emissionsfrei nutzen.

Versuchsanlage für Flüssigmetalle am KIT. Im Projekt NADINE soll ihr Einsatz in thermischen Energiespeichern erforscht werden.

Versuchsanlage für Flüssigmetalle am Karssruher Institut für Technologie.

Foto: Karsten Litfin/KIT

Wenn der Wind heftig weht, aber kaum jemand Strom verbrauchen will, entsteht ein Problem: Er muss zu Niedrigstpreisen verramscht oder ganze Windparks müssen vorübergehend stillgelegt werden. Man könnte den Strom auch speichern, doch Batterien sind absolut unwirtschaftlich. Eine weitere Maßnahme wäre, den Strom in Wärme umzuwandeln, die später genutzt werden kann – um Strom zu erzeugen, wenn Bedarf besteht. Tatsächlich wird das schon gemacht, etwa in solarthermischen Kraftwerken in Spanien und den USA. Gewaltige Flüssigsalzspeicher dienen als Puffer.

Nadine ist der Stromspeicher der Zukunft

Siemens hat gemeinsam mit Forschern der TU Hamburg-Harburg eine andere Lösung entwickelt. Überschüssiger Strom wird dabei in heiße Luft verwandelt, die einen riesigen Haufen Natursteine erhitzt. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), an der TU Stuttgart und am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickeln jetzt Hochtemperaturspeicher, die extrem gut isoliert sind. Hohe Temperaturen sorgen für einen hohen Wirkungsgrad bei der Rückverstromung.

Das Konzept hört auf den Namen Nadine, was für „Nationaler Demonstrator für Isentrope Energiespeicher“ steht. Es sieht vor, flexible und nahezu verlustfreie Energiespeicher zu entwickeln, sogenannte isentrope Speicher. Als isentrop wird ein Prozess bezeichnet, der in einem abgeschlossenen System stattfindet, bei dem es zu keinem Wärme- oder Materieaustausch mit der Umgebung kommt. Geplant sind zwei Versuchsanlagen.

Flüssiges Metall als Speichermedium

In Stuttgart entsteht ein Labor für die Energiespeicherung bei Temperaturen von weniger als 700 Grad Celsius. Karlsruhe errichtet eine Versuchsanlage für Temperaturen von teilweise weit über 600 Grad Celsius. Als Speichermedium ist flüssiges Metall vorgesehen.

Stellenangebote im Bereich Energie & Umwelt

Energie & Umwelt Jobs
Freie Universität Berlin-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) Technischer Betrieb als Referatsleitung für Betriebstechnik u. bauliche Unterhaltung Freie Universität Berlin
Berlin-Wilmersdorf Zum Job 
Netzgesellschaft Potsdam GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) für Automatisierung und Netzführung Netzgesellschaft Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
Berliner Stadtreinigung (BSR)-Firmenlogo
Mitarbeiter:in (w/m/d) strategisches Stoffstrom- und Anlagenmanagement Berliner Stadtreinigung (BSR)
Stadtwerke Essen AG-Firmenlogo
Ingenieur/Techniker (gn) für Kanal- und Entwässerungsplanung Stadtwerke Essen AG
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Stationsplanung (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Betriebsleiterin / Betriebsleiter (w/m/d) Biogasanlage Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Berlin-Ruhleben Zum Job 
TenneT TSO GmbH-Firmenlogo
Ingenieur als Projektleiter Leitungsbau (m/w/d) TenneT TSO GmbH
Iqony Solutions GmbH-Firmenlogo
Projektleiter:in Energietechnik (m/w/d) - FTE 1 Iqony Solutions GmbH
VIVAVIS AG-Firmenlogo
Sales Manager (m/w/d) Metering VIVAVIS AG
Ettlingen / Homeoffice Zum Job 
VIVAVIS AG-Firmenlogo
Sales Manager (m/w/d) im Bereich der Energie- und Wasserversorgung VIVAVIS AG
Vertriebsregion Mitte (Hessen, Rheinland-Pfalz, Saarland) Zum Job 
FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH
Gronau (Leine) Zum Job 
Staatliche Gewerbeaufsicht Niedersachsen-Firmenlogo
Ingenieur / Naturwissenschaftler (m/w/d) für den Einsatz im Arbeitsschutz / Umweltschutz / Verbraucherschutz (Bachelor of Science / Bachelor of Engineering / Diplom / FH) Staatliche Gewerbeaufsicht Niedersachsen
Braunschweig Zum Job 
Staatliche Gewerbeaufsicht Niedersachsen-Firmenlogo
Ingenieur / Naturwissenschaftler (m/w/d) für den Einsatz im Arbeitsschutz / Umweltschutz / Verbraucherschutz (Master, Diplom Uni) Staatliche Gewerbeaufsicht Niedersachsen
verschiedene Standorte Zum Job 
Thyssengas GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Projektleiter Leitungsbau (m/w/d) Thyssengas GmbH
Dortmund Zum Job 
Iqony Solutions GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Prozesssimulation/Verfahrenstechnik Iqony Solutions GmbH
BIONORICA SE-Firmenlogo
Projektingenieur Gebäudetechnik / TGA (m/w/d) BIONORICA SE
Neumarkt Zum Job 
VTG GmbH Ingenieurbüro-Firmenlogo
Projektleitung Spezialtiefbau und Rohrvortrieb (m/w/d) VTG GmbH Ingenieurbüro
Haar bei München Zum Job 
VTG GmbH Ingenieurbüro-Firmenlogo
Projektleitung Kanalbau / Wasserwirtschaft (m/w/d) VTG GmbH Ingenieurbüro
Haar bei München Zum Job 
Iqony Solutions GmbH-Firmenlogo
Key-Account-Manager:in (m/w/d) Iqony Solutions GmbH
ILF CONSULTING ENGINEERS GERMANY GMBH-Firmenlogo
Lead Ingenieur für Thermische Systeme (m/w/d) ILF CONSULTING ENGINEERS GERMANY GMBH
München Zum Job 
Freie Universität Berlin-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) Technischer Betrieb als Referatsleitung für Betriebstechnik u. bauliche Unterhaltung Freie Universität Berlin
Berlin-Wilmersdorf Zum Job 
Netzgesellschaft Potsdam GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) für Automatisierung und Netzführung Netzgesellschaft Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
Berliner Stadtreinigung (BSR)-Firmenlogo
Mitarbeiter:in (w/m/d) strategisches Stoffstrom- und Anlagenmanagement Berliner Stadtreinigung (BSR)
Stadtwerke Essen AG-Firmenlogo
Ingenieur/Techniker (gn) für Kanal- und Entwässerungsplanung Stadtwerke Essen AG

„Flüssige Metalle haben hervorragende Wärmetransporteigenschaften und sind bei sehr hohen Temperaturen einsetzbar“, sagt Thomas Wetzel, Professor am Institut für Thermische Verfahrenstechnik des KIT. Karlsruhe hat viel Erfahrung mit der Erforschung flüssiger Metalle, schon aus der Zeit, als dort ein Schneller Brüter in Betrieb war, der mit flüssigem Natrium gekühlt wurde. Das Karlsruher Liquid Metal Laboratory (Kalla) befasst sich seit vielen Jahren mit den technischen Möglichkeiten, die flüssige Metalle bieten.

Künftig sollen Carnot-Batterien zum Einsatz kommen

Carnot-Batterie heißen Wärmespeicher, die genutzt werden, um wetterabhängig produzierten Solar-, Wind- und Wasserstrom für Zeiten verfügbar zu machen, in denen mehr Bedarf besteht als befriedigt werden kann. Derzeit leisten das in erster Linie Steinkohle- und Gaskraftwerke. Doch die sollen im Zuge der Energiewende nach und nach stillgelegt werden.

 

Die Carnot-Batterie wird mit Überschussstrom ausgeladen, der beispielsweise Wärmepumpen zur Hebung des Temperaturniveaus antreibt. Möglich ist auch das Erwärmen mit elektrisch betriebenen Heizschlangen, die in dem Behälter mit flüssigem Metall mäandern. In speziellen Wärmetauschern kann die gespeicherte Energie ausgekoppelt werden und beispielsweise einen Dampfkreislauf zur Stromerzeugung speisen. Welche Technik die effizienteste ist soll in den Nadine-Laboren erprobt werden.

Kohlekraftwerke haben die notwendige Infrastruktur

Als Standort von späteren kommerziellen Anlagen schlagen die Forscher stillgelegte Kohlekraftwerke vor. Hier gibt es die Infrastruktur zur Nutzung des Stroms als Wärmeproduzent und zur Einspeisung der später erzeugten elektrischen Energie.

Flüssigmetalle können noch auf andere Art zum Gelingen der Energiewende beitragen. Forschern des KIT sowie des Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) in Potsdam ist es gelungen, Erdgas klimaneutral nutzbar zu machen. Es wird in einem säulenartigen Gefäß, das flüssiges Zinn mit einer Temperatur von 1.200 Grad enthält, in Wasserstoff und festen Kohlenstoff aufgespalten. Der Wasserstoff kann emissionsfrei zur Stromerzeugung oder zum Betrieb von Brennstoffzellen in Elektroautos genutzt werden. Der Kohlenstoff könnte endgelagert und damit aus der Atmosphäre dauerhaft entfernt werden. Verglichen mit der direkten Nutzung von Erdgas (Methan) müssten allerdings hohe Verluste in Kauf genommen werden.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.