Ob zum Spitzenlastausgleich, für eine effiziente Abwärmenutzung oder sichere Dampfversorgung: Hochtemperaturspeicher erhöhen die Sicherheit der Strom-, Wärme- und Dampfversorgung und reduzieren gleichzeitig die Abhängigkeit von regenerativen und fossilen Energiequellen. Überall, wo schnell Wärme ein- und ausgespeichert werden muss oder sehr hohe Temperaturen im Prozess gebraucht werden, sind thermische Energiespeicher unverzichtbar. Die zur Auswahl stehenden Speicherarten werden unterschieden nach Temperatur, Speicherdauer und thermodynamischem Prinzip.
Einsatzbereiche von Hochtemperaturspeichern
Hochtemperaturspeicher arbeiten bei Temperaturen von über 500 °C, Mitteltemperaturspeicher von 120 bis 500 °C und Niedertemperaturspeicher bei Temperaturen unter 120 °C. Optimal ausgeschöpft werden die Vorteile von Energiespeichern durch eine kluge Kombination aus Kurzzeitspeichern, deren Kapazitäten von einigen Stunden bis zu wenigen Tagen reichen, und Langzeitspeichern für wenige Wochen bis zu einem Jahr.
Breites Technologiespektrum
Die Auswahl der jeweils geeigneten Speichertechnologie hängt maßgeblich vom erforderlichen Temperaturbereich und dem eingesetzten Wärmeträgermedium ab. Bei thermodynamischen Wärmespeichern unterscheidet man zwischen sensiblen, latenten, thermochemischen und elektrothermischen Speichern.
Sensible Wärmespeicher speichern die Wärmeenergie durch Erhöhung der Temperatur eines Wärmeträgermediums wie Wasser, Thermalöl, Salz oder Gas. Die speicherbare Energiemenge ist abhängig von der spezifischen Wärmekapazität des Mediums. Diese ist beispielsweise bei Wasser sehr hoch.
Niedrigtemperaturbereich bis 100 °C
Aus hochwertigem Edelstahl gefertigte Pufferspeicher sind deshalb im Niedrigtemperaturbereich bis 100 °C zur Wärmeversorgung sehr verbreitet. Ihre Rund- und Längsnähte sowie alle Anschlüsse werden unter formierter Schutzgasatmosphäre geschweißt. Abschließend erhält der Speicher eine Tauchbeizung mit nachfolgender Passivierung der Oberfläche. Integrierte Flachrohrregister aus Edelstahl erhöhen nicht nur den Wirkungsgrad des Speichers bei zugleich verringertem Gewicht, sondern überzeugen auch durch ihre Robustheit bei der Montage, Wartungsarmut und Langlebigkeit.
Für Temperaturen 100 bis 400 °C
Oberhalb von 100 °C steigt der Dampfdruck beim Einsatz von Wasser stark an, was zu höheren Anforderungen an die Behälter und damit auch zu höheren Kosten führt. Für Temperaturen von 100 bis 400 °C kommen derzeit vor allem Thermalölspeicher zum Einsatz. Das Fluid hat jedoch eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Wasser.
Ein zunehmend breites Einsatzspektrum bieten Flüssigsalzspeicher, die ebenfalls zu den sensiblen Speichern zählen. Ihre Salzschmelze wird aus konzentrierter Solarwärme, überhitztem Dampf oder Abwärme drucklos auf Temperaturen von 250 bis zu 565 °C erhitzt und kann die Wärme für mehrere Stunden und sogar Tage speichern.
Bewährter Werkstoff Edelstahl 1.4961
Bewährter Werkstoff für die Konstruktion der Flüssigsalzspeicher ist Edelstahl der Güte 1.4961. Er erlaubt bei hohen Temperaturen dünnere Wandstärken von Rohren, Behältern und Apparaten. Für diesen rostfreien, hochlegierten Chrom-Nickel-Molybdänstahl spricht neben guter allgemeiner Korrosionsbeständigkeit die ausgezeichnete Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion im geschweißten Zustand. Gute Umformbarkeit und Schweißeigenschaften qualifizieren ihn überdies für den Einsatz in den hochbeanspruchten Aggregaten.
Flüssigsalzspeicher finden beispielsweise in der Industrie zur Abwärmenutzung und Versorgung von Dampfturbinen vermehrt Anwendung.
Latente Wärmespeicher
Latente Wärmespeicher nutzen Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM), um Energie zu speichern. Durch Änderung ihres Aggregatzustands – in der Regel zwischen flüssig und fest – erfolgt die Energieaufnahme und -abgabe nahezu isotherm. Ihre Speicherkapazität wird durch das gewählte Speichermedium und -volumen bestimmt. Einige Phasenwechselmaterialien haben Schmelztemperaturen von weit über 1000 °C. Zudem ist die Energiedichte bei latenten Wärmespeichern höher als bei sensiblen. Dies prädestiniert diese Speicherart für die Nutzung von Abwärme aus industriellen Prozessen, die in einem weiten Temperaturbereich anfällt.
Derzeit sind latente Wärmespeicher im großindustriellen Maßstab jedoch noch in der Erprobung.
Thermochemische Wärmespeicher
Thermochemische Wärmespeicher nutzen chemische Reaktionen, um Wärmeenergie zu speichern und abzugeben. Diese Technologie ist aktuell erst in der Grundlagenforschung.
Elektrochemische Energiespeicher
Elektrothermische Energiespeicher wandeln elektrische in thermische Energie um und speichern diese in Form von Strom, Wärme oder Kälte in großem Maßstab. Dadurch erlauben sie das modulare Zusammenspiel verschiedener Sektoren wie Prozessindustrie und Energieversorger, Fernwärme- und Kältenetze. Sie stellen Wärme bedarfsgerecht für vielfältige industrielle Anwendungen zur Verfügung und können gleichzeitig Kälte beispielsweise zur Kühlung von Rechenzentren bereitstellen.
Bedarf an Hochtemperaturspeichern steigt
Der Bedarf an Hochtemperaturspeichern wird in der Industrie nach Einschätzung von Herstellern und Forschern in den kommenden Jahren stark steigen. Anspruchsvolle Strategien für die geforderte Klimaneutralität, steigende Anzahl von Net-Zero-Roadmaps bei großen Verbrauchern sowie zunehmende Kostenunsicherheit bei fossilen Brennstoffen sind in der Industrie starke Treiber für die Unterstützung der Prozesse mit Speichertechnologien.
Chemische und petrochemische Industrie
Energieintensive Branchen wie die chemische und petrochemische Industrie sowie die Lebensmittelproduktion erzeugen erhebliche Mengen an Abwärme, die oftmals ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Gleichzeitig haben diese Industrien einen sehr hohen Bedarf an Strom und hochwertiger Prozessenergie. So ist in der Chemie- und Petroindustrie Wasserdampf neben Gas der wichtigste Energieträger. Er wird zum Trocknen von Produkten, Aufheizen von Reaktoren und Destillieren benötigt. Gas wird zudem nicht nur als Energieträger benötigt, sondern ist auch ein wichtiger Rohstoff für Produkte wie Ammoniak. Die Umstellung auf klimafreundliche Dampfversorgung und thermische Energiespeicherung trägt folglich in dieser Branche erheblich zur Reduzierung der CO2-Emissionen und zur Verringerung der Abhängigkeit vom fossilen Energieträger Gas bei.
Längsgeschweißte Wellrohre aus Edelstahl
Längsgeschweißte Wellrohre aus Edelstahl Rostfrei der Güte 1.4404 bewähren sich in vielen Hochtemperaturspeichern beispielsweise als Förderleitungen für korrosive flüssige und gasförmige Medien. Sie widerstehen zuverlässig den hohen Belastungen durch Druck, aggressive Medien, Temperatur oder Vibration, die für diese Prozesse typisch sind.
Warenzeichenverband Edelstahl Rostfrei e. V., Düsseldorf
