Quelle: TU-Wien

Quelle: TU-Wien

SEES & ScAcaes
Neue Technologien zur Druckluftspeicherung

Eine aussichtsreiche Technologie zur Speicherung elektrischer Energie ist die adiabate Druckluftspeicherung, die als großmaßstäbliche Ergänzung von Pumpspeicheranlagen eingesetzt werden kann und hohe Wirkungsgrade (bis zu 70 %) erzielt. Am Institut für Energietechnik und Thermodynamik der Technischen Universität (TU) Wien wird aktuell an der Weiterentwicklung dieser innovativen Speichertechnologie gearbeitet. Gesucht wird eine wirtschaftliche und ressourceneffiziente Lösung, die bei geringem Eingriff in das umgebende Ökosystem volle Funktionstauglichkeit gewährleistet.

Im Projekt SEES – Sublake Electrical Energy Storage wurde ein System für einen flexiblen Druckluftspeicher entwickelt, der am Grund von österreichischen Seen montiert und isobar (mit konstantem Druck) betrieben werden kann. Als Wärmespeicher kommt dabei das von den Projektpartnern patentierte SandTES-Wärmespeichersystem zum Einsatz. Untersucht wurde am Beispiel des Traunsees, ob SEES-Anlagen im Kapazitätsbereich 1-20 MWel in Österreich technisch und wirtschaftlich realisierbar sind.

Im Sondierungsprojekt ScAcaes – Saline-Cavern Adiabatic Compressed Air Energy Storage wurde die Nachnutzung von nicht mehr in Betrieb befindlichen Salzkavernen als Druckluftspeicher mit ACAES-Anlagen geprüft. Dazu wurden die aktuellen und zukünftigen Druckluftspeicher-Potenziale im österreichischen Salzkammergut erhoben und ein Gesamtsystem entwickelt, das neben der technischen und prozesstechnischen Auslegung auch eine Wirtschaftlichkeitsanalyse beinhaltet. Mit dem Projekt liegt ein Katalog an verwendbaren und verschaltbaren Kavernen vor, inklusive der Kapazitäten je nach Prozessführung.

Das neu entwickelte SandTES-System ist ein aktives Wärmespeicherkonzept, bei dem Sand durch einen Wärmetauscher transportiert wird. Bei großtechnischen Energiespeichern ist das Speichermaterial für die Hauptkosten der Anlage verantwortlich. Sand ist ein weltweit leicht verfügbares Naturprodukt und daher ein günstiges Speichermedium. Der Sand wird fluidisiert und über eine stationäre Wirbelschicht im Gegenstrom durch den Wärmetauscher bewegt; dabei verhält er sich wie eine hoch viskose Gas-Partikel-Suspension. Im Rahmen der Projekte wurden die gesamte Wärmetauschertechnologie, eine eigene Düsenbodentechnologie und ein Niveau- bzw. Flusskontrollmechanismus entwickelt, um einen flexiblen und dynamischen Betrieb zu ermöglichen. Der Hochtemperatur-SandTES-Wärmetauscher ist eine der wichtigsten Komponenten zur Umsetzung der adiabaten Druckluftspeicherung. Die Inbetriebnahme der ersten SandTES-Pilotanlage mit einer Leistung von 280 kWth ist für Anfang 2016 geplant.

Quelle: TU Wien, Institut für Energietechnik und Thermodynamik

TECHNOLOGIE
Druckluftspeicherkraftwerke verwenden Druckluft als Energiespeicher. In Schwachlastzeiten wird mit der überschüssigen Energie Luft unter Druck in einen Speicher gepumpt; bei erhöhtem Strombedarf wird mit der Druckluft in einer Gasturbine Strom produziert. In bisher eingesetzten Systemen bleibt die bei der Verdichtung der Luft entstehende Wärme im weiteren Prozessverlauf ungenutzt. Beim Entspannungsvorgang muss zusätzlich Wärme über eine Brennkammer extern zugeführt werden.
Bei der adiabaten Druckluftspeicherung wird die bei der Verdichtung frei werdende Wärme gespeichert und im Prozess weiter genutzt. Vor der Entspannung durchläuft die Luft einen Wärmespeicher und wird erhitzt. So wird kein Erdgas zur Erwärmung der Luft benötigt und es kann ein höherer Nutzungsgrad der Anlage erzielt werden.

 

Quelle: TU-Wien
Quelle: TU-Wien
„Die an der TU Wien entwickelte Partikel-Speicher-Technologie und der Partikel-Gegenstrom-Wärmetauscher sind ideal für den Einsatz in adiabaten Druckluftspeicher-Anlagen geeignet. Der Anwendungsbereich dieser Technologie ist aber noch wesentlich breiter. Sie kann z. B. auch bei Power-to-Heat-to-Power oder in solarthermischen Kraftwerken zum Einsatz kommen. Neben Sand kann bei Bedarf auch Korund verwendet werden. Kein anderes fluid-ähnliches Speichermaterial lässt bei moderaten Kosten derzeit einen derartig breiten Temperaturbereich von 5 bis 800°C (und mehr) zu.“

Univ.-Prof. DI Dr. Markus HAIDER
TU Wien, Institut für Energietechnik und Thermodynamik