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
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektleiterinnen / Projektleiter Energiewirtschaft (w/m/d) Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abfallexperte Bau/Stoffstrommanager (m/w/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Stuttgart Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
(Senior) Expert*in Verkehrssteuerung Großprojekte Mobilität (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieurgeologe/in als Sachbearbeiter/in Abfall (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Hannover Zum Job 
VIVAVIS AG-Firmenlogo
Sales Manager (m/w/d) Smart Grid Operation Plattform VIVAVIS AG
Ettlingen Zum Job 
VIVAVIS AG-Firmenlogo
Partner-Manager Metering (m/w/d) VIVAVIS AG
Koblenz, Home-Office Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur oder Projektleitung (w/m/d) Verfahrenstechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Technische Werke Emmerich am Rhein GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur*in Kanalplanung / -bau Technische Werke Emmerich am Rhein GmbH
Emmerich am Rhein Zum Job 
VIVAVIS AG-Firmenlogo
Sales Manager Bahn (m/w/d) VIVAVIS AG
Berlin, Home-Office Zum Job 
Stadtwerke Bayreuth Holding GmbH-Firmenlogo
Referent Kommunale Wärmeplanung (m/w/d) Stadtwerke Bayreuth Holding GmbH
Bayreuth Zum Job 
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Projektkommunikation und -koordination Rückbau BER II Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Abwasserverband Fulda-Firmenlogo
Ingenieur | Master (m/w/d) Wasserwirtschaft | Umwelt | Tiefbau Abwasserverband Fulda
Stadt Erlangen-Firmenlogo
Ingenieur*in / Techniker*in / Meister*in für den Kanalbau (m/w/d) Stadt Erlangen
Erlangen Zum Job 
Landeshauptstadt München-Firmenlogo
Bauingenieur*innen / Ingenieur*innen Umweltschutz /-technik /-planung / Geolog*innen (w/m/d) Landeshauptstadt München
München Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Vertragsmanager*in Großprojekte Mobilität (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Netzgesellschaft Potsdam GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Strategische Netzplanung - Gas / Wärme / H2 Netzgesellschaft Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
STAWAG - Stadt und Städteregionswerke Aachen AG-Firmenlogo
Betriebsingenieur:in Wärmeanlagen (m/w/d) STAWAG - Stadt und Städteregionswerke Aachen AG
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abfallexperte (w/m/d) im Bereich Planung und Bau Die Autobahn GmbH des Bundes
GELSENWASSER AG-Firmenlogo
Ingenieur*in Trinkwasser GELSENWASSER AG
Gelsenkirchen Zum Job 
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover-Firmenlogo
Ingenieur*in (jeglichen Geschlechts; FH-Diplom oder Bachelor) der Fachrichtung Elektrotechnik oder vergleichbarer Studienrichtung Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Hannover Zum Job 

„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.