Lukrative Abwärme: Betonspeicher erhöht Energieeffizienz in der Industrie

Eröffnung des EnergyNest Pilotprojektes in Masdar

Der günstige und wartungsarme Wärmespeicher von EnergyNest stellt über viele Stunden Prozesswärme bereit oder ermöglicht die eigene Stromversorgung für Industrieanlagen.

Deutsche Industriebetriebe nutzen etwa ein Drittel des gesamten nationalen Primärenergiebedarfs, mehr als 75 Prozent davon werden zum Heizen verwandt. Nach dem Einsatz verpufft ein Großteil dieser Energie als Abwärme. Nur knapp ein Zehntel der Industrieunternehmen schöpft das enorme Energiepotenzial laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI in Karlsruhe aus. Der Wärmespeicher von EnergyNest, der mit Beton als Speichermedium arbeitet, macht dieses weitestgehend brachliegende Energiereservoir jetzt zu geringen Kosten nutzbar. Einmal gespeichert, lässt sich die Wärme vielfältig nutzen: als Prozesswärme, zur eigenen Stromerzeugung oder zur Stabilisierung ganzer Stromnetze. Die Vorteile der Nutzung: eine deutlich gesteigerte Energieeffizienz, ein Klima schonender, umweltfreundlicher Betrieb und nach kurzer Amortisationszeit signifikant geringere Energiekosten.

Erste Anwender des Speichers sind thermische Solarkraftwerke, in denen ein spezielles Thermoöl auf gut 450 °C aufgeheizt wird. Über einen Dampfkreislauf wird diese Hitze unmittelbar zur Stromerzeugung genutzt. Oder sie lässt sich im neu entwickelten Thermal Energy Storage (TES) von EnergyNest über viele Stunden speichern, um auch in Abend- und Nachtstunden die Turbinen anzutreiben und elektrischen Strom zu produzieren. Diesen Zweck erfüllt seit 2015 der EnergyNest-Pilotspeicher mit einer Kapazität von einer MWh thermisch für das Sonnenwärmekraftwerk „Beam Down“ im klimaneutralen Stadtprojekt Masdar City bei Abu Dhabi.

„Ich habe viele Energiespeicher genau studiert“, sagt Dr. Steve Griffiths, Vizepräsident für Forschung am Masdar Institut. „Und der thermische Speicher von EnergyNest erfüllt exakt unsere Erwartungen.“ Von diesen Erfahrungen mitsamt der erfolgreichen Zertifizierung durch die DNV GL können nun auch Industriebetriebe mit hochgradiger Abwärme zwischen 120 und etwa 500 °C profitieren. „Mit der EnergyNest-Technologie lässt sich Prozesswärme für eine erneute Nutzung oder gar zur eigenen Stromerzeugung effizient speichern“, ist Griffiths überzeugt.

Der Schlüssel liegt im verwendeten Spezialbeton HEATCRETE®, der in Zusammenarbeit mit dem Konzern HeidelbergCement entwickelt wurde. Der Beton besteht zu 75 Prozent aus Quartz (SiO2) und zu einem Viertel aus weiteren Additiven. Im Wärmespeicher umfasst der sehr kompakte Beton ein System aus Karbonstahlröhren, durch die eine Wärmeträgerflüssigkeit mit bis zu 160 bar Druck geleitet werden. Ein einziges Modul des Wärmespeichers von der Größe eines Standard-40-Fuß-Containers bietet eine Speicherkapazität von 2 MWh thermisch. Dank des modularen Aufbaus kann eine Speicheranlage an die jeweils gewünschten Anforderungen angepasst und problemlos bis in den Gigawatt-Bereich skaliert werden.

„Unser Spezialbeton weist eine hohe Speicherkapazität und eine hohe Leitfähigkeit für Wärme auf“, sagt EnergyNest CTO Pål Bergan, der an der Entwicklung beteiligt war. Zugleich dehnt sich der Beton beim Aufheizen ähnlich stark aus wie der Stahl der Wärmetauscherröhren. So werden Risse vermieden, welche die Effizienz des Wärmespeichers stark reduzieren könnten. Auf der Basis von Belastungsversuchen prognostiziert EnergyNest eine Lebensdauer des Speichers von mindestens 50 Jahren.

Im Vergleich zu alternativen Techniken wie flüssigen Salzen oder Redox-Flow-Batterien ist der neue Speicher ungleich günstiger: Mit etwa 25 US-Dollar pro KWh Speicherkapazität rangieren die Installationskosten bei etwa der Hälfte. Wegen des starren Aufbaus kann der Speicher auch jahrelang nahezu wartungsfrei betrieben werden, so dass die Betriebskosten höchstens mit einem Fünftel im Vergleich zu anderen Speichertechniken zu Buche schlagen.

Mit steigenden Stromkosten ist für eine Effizienzsteigerung in der Industrie das Potenzial der Eigenstromerzeugung nicht zu vernachlässigen. Spitzenlastzeiten mit entsprechend hohen Preisen werden mit eigener Turbine und kleinem Stromgenerator umgangen. Deckt die Energie der Abwärme den eigenen Strombedarf, ist auch eine Einspeisung ins Stromnetz denkbar. Der Wirkungsgrad für eine Stromerzeugung lässt sich mit bis zu 40 Prozent abschätzen. Noch interessanter wird es mit Methoden der Kraftwärmekopplung oder einer parallelen Wärmenutzung, etwa für Fernwärme oder Prozesse im Temperaturbereich bis 450 °C. Dann wären Gesamtwirkungsgrade der Wärmespeicherung von bis zu 90 Prozent möglich.

Nach dem erfolgreichen Pilotprojekt in Masdar City steigt das Interesse an den Betonspeichern von EnergyNest. Die Vorbereitungen für drei solarthermische Kraftwerksprojekte in den USA und im Mittleren Osten laufen. Technisch anspruchsvoller gestalten sich zwei Demonstrationsanlagen in der Industrie und Energiewirtschaft, die bis 2017 umgesetzt werden sollen. Zum einen will ein Windparkbetreiber seine überschüssige Stromproduktion in den EnergyNest-Modulen zwischenspeichern. Zum anderen plant ein deutsches Zementunternehmen, seine Energieeffizienz mit gespeicherter Prozesswärme auf lukrative Weise zu erhöhen.

Mehr Informationen unter www.energy-nest.com

Pressematerial zum Download:
Pressemitteilung
Interview CEO Christian Thiel
Interview CTO Pål Bergan
Interview Dr. Steve Griffith (Vice President Research am Masdar Institute)

 

Druckfähiges Bildmaterial auf Anfrage.

 

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