Die noch unerprobte Technologie biete das Potenzial einer „CO2 freien Alternative zur traditionellen großtechnischen Wärmebereitstellung“, heißt es in einer Mitteilung von MAN Energy Solutions.
Neben MAN ES sind die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen University und die Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft (Stawag) an dem Vorhaben beteiligt. Die Partner wollen eine mögliche Implementierung der Technologie in NRW prüfen, heißt es. „Die Studie soll die notwendigen Voraussetzungen für den Bau einer Forschungsanlage im Raum Aachen im Jahr 2021 prüfen.“ Dazu sollen die Anforderungen der Verbraucher, die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen sowie der Flächenbedarf ermittelt werden. Geplant ist ein elektrothermischer Stromspeicher mit einer Leistung von bis zu 7 MW.
Im Zuge des Ausbaus regenerativer Energiequellen gewinnen Speichertechnologien zunehmend Bedeutung für die Sicherstellung der zukünftigen Energieversorgung, sagt Prof. Manfred Wirsum, Leiter des Instituts für Kraftwerkstechnik, Dampf- und Gasturbinen (IKDG) der RWTH Aachen und Koordinator der Studie. Als potenziellen Kandidat hierfür speichert die Lösung MAN ETES überschüssige elektrische Energie in Form von Wärme und Kälte. Die Speichertechnologie ist damit auch ein Ansatz zur Dekarbonisierung im Zuge der Sektorkopplung.
Lösung besonders für urbane Regionen mit starker industrieller Basis relevant
Das Grundprinzip der ETES-Technologie ist die reversible Umwandlung von elektrischer in thermische Energie, die in Form von Warmwasser und Eis in isolierten Reservoirs gespeichert wird. Eine Besonderheit des elektrothermischen Prozesses liegt in der Möglichkeit, die erzeugte Wärme und Kälte „auch oder sogar bevorzugt“ bedarfs- und margenabhängig an Nutzer zu verteilen und dementsprechend die Rückverstromungsoption als zusätzliche Nutzungsvariante betrachten zu können. Die Technologie erfülle dabei zwei wichtige Aufgaben. Einerseits unterstütze das System die Aufrechterhaltung des Netzgleichgewichts, indem es große Mengen an überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien aufnimmt und bei Bedarf wieder in das Netz einspeist. Andererseits integriere es mehrere Sektoren, indem es Wärmeenergie für Heiz- und Kühlzwecke erzeugt, speichert und bereitstellt.
Die Eigenschaften des Systems sind den Angaben zufolge vor allem für urbane Regionen mit einer starken industriellen Basis „hochrelevant“. Durch den traditionell hohen Energiebedarf eines starken Industriesektors und den geplanten Ausstieg aus der Kohleverstromung gehöre Nordrhein-Westfalen dazu. Das Bundesland unterstützt den von der RWTH Aachen koordinierten Forschungsverbund, der nun in einem ersten Schritt anhand der Evaluationsstudie eine ETES-Forschungsanlage zur emissionsfreien Wärme- und Kälteversorgung konzeptionell entwickeln will. „Sofern die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen stimmen und die Umsetzbarkeit validiert werden konnte, wird 2021 der Bau einer Demonstrationsanlage mit einem Strom-zu-Strom Speicherwirkungsgrad von ca. 50 Prozent stattfinden“, heißt es.
Speichersystem auf Basis von Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinen
Gleichzeitig werde die Studie als Grundlage für die technologische Weiterentwicklung der ETES-Systemkomponenten dienen. Das System basiert auf Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinen-Technologien unter Verwendung von CO2-Lade- und Entladezyklen und der Speicherung von Pumpwärme. Innovativ sei hierbei die Nutzung von Wasser als Speichermedium sowie toxikologisch und umwelttechnisch unbedenklichem CO2 als Arbeitsmittel des gesamten Energiespeicher-Systems, betonen die Projektpartner.
Die Turbomaschinentechnologie und die Prozessgestaltung der CO2-Zyklen sind die Schlüsselelemente von MAN ETES und bilden die Kernkompetenzen von MAN Energy Solutions ab. Das System setzt im Ladezyklus den hermetisch gekapselten MAN Hofim Turbokompressor ein, um das Arbeitsmedium CO2 auf den überkritischen Zustand bei typischerweise 140 bar und ca. 120 bis 150° C zu verdichten.