FlexKWK: Grüne Wärme mit Hochtemperaturspeichern

Partner aus Energiewirtschaft, Speichertechnik und Wissenschaft starten Forschungsprojekt

Die Energiewirtschaft in Deutschland steht vor großen Herausforderungen: Wie kann es gelingen, Strom und Wärme künftig einerseits sicher und verlässlich, aber andererseits auch klimaschonend und zu möglichst geringen Kosten zur Verfügung zu stellen? Die Projektpartner von der Universität Duisburg-Essen, dem Speicherspezialisten Kraftblock, Anlagenbauer Steinmüller Engineering und dem Essener Energiekonzern Iqony haben ein Pilotprojekt gestartet, das hier Abhilfe leisten soll.

                     

Dabei geht es um die Frage, wie insbesondere Anlagen, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme zugleich produzieren, künftig noch wirtschaftlicher und ressourcenschonender eingesetzt werden können.

In den nächsten Jahrzehnten werden insbesondere Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD) eine entscheidende Rolle bei der Energieerzeugung spielen, weil sie einerseits flexibel einsetzbar sind und über den Einsatz des Energieträgers Wasserstoff perspektivisch auch in der Lage sind, für eine grundlastfähige und zugleich klimaneutrale Energieerzeugung zu sorgen. Dass GuD-Kraftwerke auch heute schon als besonders effizient gelten, liegt an ihrem hohen elektrischen Wirkungsgrad und ihrem hohen Brennstoffnutzungsgrad bei der gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Strom.

Die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme kann jedoch auch zu wirtschaftlichen Problemen führen. Denn die Anlagen werden oftmals wärmegeführt betrieben, um die Wärmeversorgung der Kunden sicherzustellen. Das bedeutet, dass die Kraftwerke auch in Situationen laufen müssen, in denen der Strom auf dem Markt nicht benötigt wird und im schlimmsten Fall zu negativen Preisen ins Netz eingespeist werden muss. Ziel muss es sein, für diese Zeiten, die Wärmeversorgung von der Stromproduktion zu entkoppeln.

Machbarkeitsstudie als Projekt
Genau hier setzt das gemeinsame Projekt „FlexKWK“ an, das die Partner nun auf den Weg gebracht haben. Konkret beschäftigt es sich mit der Integration eines innovativen Speichersystems für die Bereitstellung grüner Wärme. Anstelle von Salzspeichern, die bisher vor allem in Solarkraftwerken eingesetzt wurden, kommen hier Hochtemperatur-Feststoffspeicher zum Einsatz. Diese sollen ein Problem lösen, das Salzspeicher mit sich bringen: die Temperaturbegrenzung des Salzgemisches und die Notwendigkeit eines neuen Dampferzeugers, um die Wärme in ein Kraftwerk einzubinden. Der Einsatz von Hochtemperatur-Feststoffspeichern hingegen eröffnet nach Einschätzung der Projektpartner mehrere Möglichkeiten, wie zum Beispiel die Besicherung von Fernwärmeleistung und die Umwandlung von Bestandskraftwerken in Wärmespeicherkraftwerke – und das zu günstigeren wirtschaftlichen Konditionen, wie das nun angestoßene Projekt zeigen will.

Projektpartner aus Spitzencluster
Das Konsortium unter der Leitung von Richard Lindenau, Bereich Energy Technologies bei der Iqony Solutions GmbH, besteht aus Partnern aus Industrie und Forschung. Die Industriepartner sind die Iqony Solutions GmbH, die Steinmüller Engineering GmbH und die Kraftblock GmbH. Der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik und Energiesysteme an der Universität Duisburg-Essen vertritt den Forschungspart. Gemeinsam verfolgen die Partner das Ziel, ein Konzept zur Verwendung eines sensiblen Hochtemperaturspeichers zu entwickeln und dieses auf technische und kommerzielle Machbarkeit zu prüfen. „Ziel ist es, über eine innovative Speicherlösung einen Beitrag dafür zu leisten, dass Anlagen, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung betrieben werden, künftig so optimiert werden können, dass sie nicht nur besonders niedrige Emissionen haben, sondern zugleich auch noch möglichst wirtschaftlich sind“, so Dr. Ralf Schiele, COO der Iqony GmbH.

Kostengünstige Wärmespeicherkraftwerke
Das Konzept sieht vor, ein Bestandskraftwerk in ein Wärmespeicherheizwerk umzubauen und dabei einen sensiblen Hochtemperaturspeicher mit einer Speichertemperatur von bis zu 1.000 Grad Celsius zu nutzen. Durch Modellaufbau und Simulation sollen typische Betriebsszenarien untersucht und die Investitionskosten für eine alltagstaugliche Reallösung abgeschätzt werden. Das heißt, das Projektteam will damit eine Machbarkeitsstudie für den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmespeichern in Kombination z.B. mit einer GuD- oder einer anderen, nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung arbeitenden Energieerzeugungsanlage erarbeiten.

Ferner hat das Projekt das Ziel, kostengünstige und optimierte Wärmespeicherkraftwerke zu entwickeln, die auf den Einsatz von Hochtemperaturspeichern setzen. Hierbei sollen Überschüsse der Erneuerbaren Energien bei Bedarf verstromt oder in das Wärmenetz eingespeist werden.

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