Eisspeicher - thermischer Energiespeicher für eine optimierte Nutzung regenerativer Energiequellen
Dynamisches Be- und Entladeverhalten. Energieüberschuss kann schnell gespeichert und bei Bedarf in Form von Kälte wieder zur Verfügung gestellt werden.
24/7 Nutzung von regenerativer Energie zur Kühlung
Die Energiewende ist eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung der nächsten Jahre. Bis 2045 soll das Energiesystem aus Produktion und Verbrauch klimaneutral gestaltet werden. Hierzu gehört der Ausbau regenerativer Energiequellen, so dass schon 2030 80% des Stromverbrauchs aus der Stromerzeugung aus Solar-, Wind- und Wasserkraft gedeckt werden können. Derzeit sind es noch 45%.
Mit dem Ausbau der Kraftwerke für erneuerbare Energie 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 Windenergie 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 Speicherkapazitäten. Zur Erreichung der Ziele der Energiewende werden bis 2030 laut Berechnung des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme rund 100 Gigawattstunden Stromspeicherleitung 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 Energiespeichertechnologien, neben Batteriespeicher auch Pumpspeicher und wasserstoffbasierte Speicher. Je nach Art und Höhe des Energiebedarfs werden Langzeit- oder Kurzzeitenergiespeicher, stationäre oder mobile Lösungen zur Speicherung verwendet.
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.
Wichtiger Bestandteil dieses Mix aus Speichertechnologien sind thermische Energiespeicher.
Skizze Wind- und Solarkraftwerk mit Eisspeicher als thermischen Energiespeicher
Was die Eisspeichertechnologie für die Verwendung in thermischen Energiespeichern auszeichnet
Eisspeicher gehören zu diesen thermischen Energiespeichern. Sie haben gegenüber anderen thermischen Speichertechnologien 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.
Der Nutzung von Eisspeichern bietet sich insbesondere immer dann an, wenn ein Teil der erzeugten Energie 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 benötigte Menge an Kälte zu produzieren, wird die zusätzlich benötigte Kälte aus dem Eispeicher abgegeben. Das heißt der Eisspeicher übernimmt anteilig oder vollständig die Kälteversorgung. Damit kann eine sichere und bedarfsgerechte Versorgung gewährleistet werden, gleichzeitig wird der Einsatz stromhungriger Kältemaschine vermieden, wenn nicht ausreichend Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht.
Im Rahmen von Kältenetzen können mittels Eisspeicher große Mengen an überschüssiger Energie aus regenerativen Quellen in Form von Eis gespeichert und Abnehmern zu einem beliebigen Zeitpunkt bedarfsgerecht zu 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 Eisspeicher verbessert die Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien für Kälteanwendungen signifikant und bietet den Vorteil von geringen Verlusten und entsprechend hohen Wirkungsraden 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 Speichern, 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 Bauweise lässt sich der sp.ICE Eisspeicher mit überschaubarem Aufwand in die bestehende Kraftwerks- und Kältetechnik integrieren.
Mit der Kältezentrale am Europaplatz in Heidelberg werden pro Jahr 1300 t CO2 eingespart. Das entspricht einem CO2 Ausstoß von 900 PKWs. Wie das ermöglicht wird? Natürlich mit Eisspeichern von sp.ICE.