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DLR: Auf der Suche nach dem idealen Energiespeicher

  • DLR: Auf der Suche nach dem idealen Energiespeicher
    Das DLR, die Universität Stuttgart und das KIT beabsichtigen den gemeinsamen Bau der Forschungsanlage NADINE, um kostengünstige und nahezu verlustfrei arbeitende Energiespeicher zu entwickeln.

In einem nachhaltigen Energiesystem sind Energiespeicher für die Integration von erneuerbaren Energien von existentieller Bedeutung. Bislang fehlen jedoch ortsunabhängige und kostengünstige Speicher im Kraftwerksmaßstab. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Universität Stuttgart und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beabsichtigen den gemeinsamen Bau der Forschungsanlage NADINE (Nationaler Demonstrator für Isentrope Energiespeicher) an den Standorten Stuttgart und Karlsruhe, um kostengünstige und nahezu verlustfrei arbeitende Energiespeicher zu entwickeln. Für den Aufbau der Infrastruktur in Stuttgart und Karlsruhe haben die drei Forschungseinrichtungen am 8. Oktober 2018 ihre Zusammenarbeit vereinbart. Ziel der Forschungsarbeiten sind Energiespeicher, die große Mengen an elektrischer Energie aufnehmen und wieder abgeben können.

 

Das Design der Forschungsanlage wird im Rahmen eines 18-monatigen Projekts mit Start am 1. Januar 2018 erarbeitet. Das Designprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau des Landes Baden-Württemberg gefördert.

"Die Energiewende gehört zu den dringenden Herausforderungen unserer Gesellschaft. Mit der Entwicklung von Speichern arbeitet das DLR in der Energieforschung an Lösungen für eines der Schlüsselthemen. Effiziente Speicher können eine zuverlässige Energieversorgung bei einem immer größer werdenden Anteil erneuerbarer Energien sichern. Überdies können große Wärmespeicher dazu beitragen, die CO2-Emissionen von Kohlekraftwerken durch Umbau zu Wärmespeicherkraftwerken weltweit zu reduzieren", sagte die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Pascale Ehrenfreund. "Große gesellschaftliche Herausforderungen wie die Energiewende lassen sich nur umsetzen, wenn man Kräfte bündelt und eng zusammenarbeitet", sagt Professor Oliver Kraft, Vizepräsident für Forschung des KIT. "Ich freue mich deshalb sehr, dass wir bei NADINE unsere Expertise im Bereich der Flüssigmetalltechnologien einbringen können. Gemeinsam mit unseren Partnern werden wir die Entwicklung der dringend benötigten Energiespeicher im Kraftwerksmaßstab entscheidend vorantreiben."

Die Speicherung von elektrischer Energie im Gigawattstunden-Maßstab ist mit Pumpspeicherkraftwerken und Batteriespeichern prinzipiell bereits heute möglich. Allerdings können in Deutschland kaum weitere Pumpspeicherkraftwerke gebaut werden, Batteriespeicher in dieser Größenordnung sind derzeit zu teuer und nicht langlebig genug. Das hinter NADINE stehende Konzept sieht vor, flexible und nahezu verlustfreie Energiespeicher zu entwickeln, so genannte isentrope Speicher. Als isentrop wird ein Prozess bezeichnet, der in einem abgeschlossenen System stattfindet, bei dem es zu keinen Wärme- oder Materieaustausch mit der Umgebung kommt.

Carnot-Batterien - Strom-Wärme-Strom-Speicher
Im Zentrum der Forschungsaktivitäten stehen "Carnot-Batterien", auf Englisch auch Power-to-Heat-to-Power genannt. Hier wird Strom durch Hochtemperaturwärmepumpen in Wärme umgewandelt, die Wärme preiswert gespeichert und bei Bedarf mittels eines Wärmekraftprozesses rückverstromt. Mit ihrer Forschung wollen die an NADINE beteiligten Wissenschaftler langfristig demonstrieren, dass Carnot-Batterien Strom mit einem Wirkungsgrad bis zu 70 Prozent speichern können. Wärmepumpen- und Wärmespeichertechnologien können zudem dazu beitragen, Kohlekraftwerke zu Wärmespeicherkraftwerken umzubauen so wie es die Bundesregierung im Koalitionsvertrag als Beitrag zum Klimaschutz vorgesehen hat.

"Die geplante Forschungsanlage NADINE wird eine ideale Grundlage bieten, um ortsunabhängige und preiswerte Speicher im Kraftwerksmaßstab zu entwickeln", beschreibt Thess das Projekt. In den Laboren werden über eine sogenannte "Wärmeplattform" Wärmesenken und Wärmequellen bereitgestellt, auf denen, ähnlich wie in einem Windkanal, einzelne Komponenten und auch komplette isentrope Energiesysteme erforscht werden können. Dabei erproben die Forscher zum Beispiel, wie die unterschiedlichen Speichereinheiten ausgelegt sein müssen, welche Materialien geeignet sind und wie die einzelnen Komponenten am besten zusammenspielen. In Stuttgart sind ein Nieder- und ein Hochtemperatur-Labor geplant, in Karlsruhe ein Höchsttemperatur-Labor, in dem Flüssigmetalle bei Temperaturen bis über 900 Grad Celsius erforscht werden können.

Nobelpreisträger plädiert für Wärmespeicher
Physik-Nobelpreisträger Robert Laughlin von der Stanford University, der das Speicherprojekt MALTA von Google X initiiert hat, hielt bei der Unterzeichnung der NADINE-Absichtserklärung am 8. Oktober 2018 einen Abendvortrag mit dem Titel "Can Heat Save Us?". Laughlin plädiert in seinem visionären Energie-Sachbuch "Der Letzte macht das Licht aus" für die wärmebasierte Stromspeicherung so wie sie auch in NADINE erforscht wird. "Wir freuen uns, Bob Laughlin als Gastredner für unseren internationalen Workshop über Carnot-Batterien am 9. Oktober gewonnen zu haben - damit wollen wir die Bedeutung der Wärmespeicher stärker in das Bewusstsein der Energieforschung bringen" sagt Prof. Andre Thess, Koordinator von NADINE und Direktor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik.

Weiterführende Links

www.dlr.de

Foto: DLR