Carnot-Batterien – Stromspeicher der Zukunft

Standortunabhängig im Gigamaßstab

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stellte auf der Hannover Messe erstmals eine Technologie für Energiespeicher im Gigawatt-Maßstab vor. Denn mit steigenden Anteilen schwankender erneuerbarer Energie am Strommix müssen immer größere Mengen elektrischer Energie über mehrere Tage preiswert gespeichert werden. Batteriespeicher sind hierfür heute und in absehbarer Zeit zu teuer und zu wenig zyklenfest. Strom-Wärme-Strom-Speicher (sogenannte “Carnot-Batterien”, siehe solarify.eu/carnot-batterie) stellen in einem CO2-neutralen Energiesystem der Zukunft höchstwahrscheinlich eine Schlüsseltechnologie dar.

Prof. André Thess, Direktor des Instituts für Technische Thermodynamik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), beschäftigt sich schon länger mit der Frage, wie große Mengen Strom über mehrere Tage preiswert gespeichert werden können. Synthetische CO2-neutrale Brennstoffe hält er für begrenzt tauglich, sie “besitzen zwar von allen Energiespeichern die höchste Enenurrgiedichte. Allerdings sind dafür große Mengen an Biomasse nötig, für die es gar nicht die entsprechenden Flächen gibt.“

[note Carnot-Batterien sind Systeme für die preiswerte und standortunabhängige Speicherung großer Mengen  elektrischer Energie. In einer Carnot-Batterie wird Strom mittels einer Hochtemperaturwärmepumpe in Wärme auf einem Temperaturniveau zwischen 50 °C und 500 °C umgewandelt. Diese Wärme wird preiswert in Wasser (50 °C) oder Flüssigsalz (500 °C) gespeichert und bei Bedarf mittels eines Wärmekraftprozesses in Strom zurückverwandelt. Ein wertvoller Zusatznutzen von Carnot-Batterien besteht in der Möglichkeit, neben gespeichertem Strom auch Wärme und Kälte abzugeben – im Einzelnen:

  • Elektrische Leistungen im Bereich zwischen 100 kW und 500 MW
  • Elektrische Speicherkapazitaten zwischen 1 MWh und 1 TWh
  • Erreichbare Speicherwirkungsgrade zwischen 35 % und 75 %, je nach Konfiguration
  • Wärmebereitstellung auf Temperaturniveaus zwischen 50 °C und 500 °C – Kältebereitstellung zwischen -20 C und +10 °C]

Nach Einschätzung des Physik-Nobelpreisträgers Robert Laughlin werden in einem CO2-neutralen Energiesystem der Zukunft Carnot-Batterien die Schlüsseltechnologie für die Speicherung großer Elektrizitätsmengen darstellen. Thess hofft, dass man in fünf Jahren eine vorzeigbare Technologie entwickelt hat und in zehn Jahren soweit ist, sie kommerzialisieren zu können. Deshalb sei die Maximierung des Wirkungsgrads ein Forschungsziel, so Thess: „Wir wollen den Strom mit möglichst geringen Verlusten speichern.“

Eine Herausforderung sei dabei die Rückverstromung. Außerdem stelle sich die Frage, ob die Wärmepumpe umgekehrt als Wärmemaschine – wie ein Stirlingmotor – Strom auch in Wärme zurückwandeln könne. Dann wäre nur noch eine Wärmepumpe erforderlich statt einer Pumpe und einer Maschine zur Rückwandlung. Das würde ein großes Einsparpotenzial bedeuten. „Ein Problem ist nämlich, dass es derzeit noch kein passendes Geschäftsmodell für die Carnot-Batterie gibt“, räumt Thess ein. „Würde CO2 einen Preis in der Größenordnung von 100 Euro pro Tonne bekommen, wäre die Wirtschaftlichkeit gegeben.“

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