Salz als Wärmespeicher

In Köln-Porz testet das Deutsche Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einer neuen Anlage Salzschmelze als Wärmespeicher.

Salzspeicher sind bei Solarkraftwerken erprobte Technik. Sie sorgen dafür, dass nachts nicht die Lichter ausgehen. Die großen Wärmetanks können aber auch konventionelle Kraftwerke unterstützen, flexibler auf Lastwechsel zu reagieren, berichtet der BINE Informationsdienst des Forschungszentrums Karlsruhe.

Dies werde zunehmend wichtiger, damit die schwankende Einspeisung regenerativer Energieerzeugung ausgeglichen werden kann. Auch industrielle Prozesse benötigen vielfach Hochtemperaturspeicher für große Wärmemengen.
Bisherige Anlagen arbeiten mit zwei großen wärmegedämmten Stahltanks. Bei Energiebedarf wird die Salzschmelze aus dem heißeren Tank genutzt und anschließend in den kälteren gepumpt. Bei Energieüberschuss wird Schmelze aus dem kalten Speicher aufgeheizt und zurück in den heißen Tank geleitet. Vorteil dieses Konzeptes ist laut BINE der einfache Systemaufbau. Die Speicher arbeiten auf einem konstanten Temperaturniveau und sind so keinem Temperaturstress ausgesetzt. Nachteil ist allerdings der hohe Aufwand für zwei separate Tanks, der die Kosten erhöht.

In Köln-Porz untersuchen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) daher mit einer neuen Testanlage, wo Speicher mit nur einem Tank die bisher übliche Zweispeichertechnik ersetzen können. Die Testanlage auf dem Gelände des DLR mit nur einem schlanken Turm unterscheidet sich schon optisch von den flachen Zylindertank-Zwillingen der Solarkraftwerke in südlichen Klimazonen. Darin befindet sich der Versuchsspeicher – Tesis-Store genannt. An ihm wollen die Wissenschaftler das Eintank-Speicherkonzept wissenschaftlich analysieren und die technische Machbarkeit demonstrieren. Die Anlage wird am 15. September 2017 in Betrieb gehen.

Bis zu 135 Tonnen Salz könnte der Tank aufnehmen. Doch er ist nicht vollständig mit dem vergleichsweise teuren Salz gefüllt. Basaltsteine reduzieren die notwendige Salzmenge. Sie haben in etwa die gleiche Wärmekapazität wie das Salz. So kombinieren die Wissenschaftler den Vorteil der pumpbaren Flüssigkeit mit dem geringen Preis der Natursteine. 
Solaranlagen zur Warmwasserbereitung machen das Speicherprinzip vor: In den schlanken, hohen Wassertanks schichtet sich das leichtere warme Wasser im oberen Speicherbereich, während sich das kalte Wasser im unteren Tankvolumen befindet.

Auch in dem Salzspeicher spielen stabile Temperaturschichten eine entscheidende Rolle. Hier sind jedoch die Herausforderungen komplexer. Die Wärmeschichtung der Salze im Temperaturbereich zwischen 170 und 560 Grad Celsius ist noch wenig erforscht und Wärmespannungen müssen sicher beherrscht werden. Die heißen Salze wirken korrosiv auf etwa Pumpen und Ventile. Einfrierprozesse können Rohrleitungen blockieren. Mit detaillierten Untersuchungen bei Wärme- und Stofftransport, Thermomechanik und Materialverträglichkeit wollen die Wissenschaftler diese Fragestellungen angehen. Im Vergleich zu marktverfügbaren Systemen kann das Einspeicher-Konzept die Kapitalkosten deutlich senken. Nach Ansicht der Wissenschaftler liegt das Kostensenkungspotenzial im zweistelligen Prozentbereich.

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Artikel geschrieben von

Hinrich Neumann

Redakteur Energie

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