ThermalBattery™

Die ENERGYNEST ThermalBattery™

Wärmespeicher der Zukunft: Unsere ThermalBattery™-Technologie zur thermischen Energiespeicherung

Das Herzstück all unserer Energiespeicherlösungen ist unsere modulare, skalierbare ThermalBattery™-Technologie – ein thermischer Festkörper-Hochtemperatur-Energiespeicher.

Integrierbar in die Kundenanwendung und die einzelnen Prozesse vor Ort lässt sich die ThermalBattery™ in autonome Systeme einbinden, indem Thermalöl oder Dampf als Wärmeträgerflüssigkeit verwendet werden, um grüne Energie nach Bedarf zu laden und zu entladen.

Die Lebensdauer unserer thermischen Energiespeicher: 30 Jahre +

Für eine lange Lebensdauer konzipiert
Unsere ThermalBattery™-Technologie ist robust und wartungsfrei. Sie besteht vollständig aus Festkörpermaterialien (Stahl und HEATCRETE®) und hat keine beweglichen Teile – das macht sie zu einer dauerhaften Investition in die Energiewende.

Individuelle Anpassungen für die Energie der Zukunft

Integrierte Wärmetauschrohre, angepasst an den Bedarf des Auftraggebers Die integrierten Wärmetauschrohre der ThermalBattery™ werden entsprechend den prozessspezifischen Anforderungen, einschließlich der Art des Wärmeträgers (HTF), Druck und Temperatur ausgelegt. Jede Batterie ist auf die Bedürfnisse des jeweiligen Kunden zugeschnitten.

Robustes Design

Thermischer Energiespeicher aus innovativem HEATCRETE®
In unserem Hochleistungs-Thermobeton HEATCRETE® wird Wärmeenergie bei Temperaturen bis zu etwa 400°C gespeichert. Im Vergleich zu herkömmlichem Beton hat dieses Material eine weitaus höhere Wärmespeicherkapazität und -leitfähigkeit und bleibt auch bei thermischer Beanspruchung robust.

Standardisiert

Standardisierte modulare thermische Energiespeichertechnologie Unsere standardisierten ThermalBattery™-Module sind so konzipiert, dass sie in standardmäßigen 20-Fuß-ISO-Containern transportiert und verschickt werden können. Ein 20-Fuß-Modell kann bis zu 1,5 MWh speichern. Je nach Verbrauchernachfrage können Speicher von 5 bis 1000 MWh eingespeist werden.

Wie unsere Technologie Wärme in grüne Energie umwandelt

(1) Um die ThermalBattery™ aufzuladen, fließt heiße Wärmeträgerflüssigkeit (Heat Transfer Fluid: HTF) direkt durch eingebettete Stahlrohre von oben nach unten und überträgt Wärmeenergie auf das HEATCRETE®, das Kernspeichermaterial.

(2) Die Energie wird mit minimalem Wärmeverlust gespeichert, bis sie benötigt wird.

(3)Bei der Entladung kehrt sich der Fluss um: kalte Wärmeträgerflüssigkeit (HTF) strömt unten ein und tritt heiß aus, um Energie von der Oberseite der ThermalBattery™ zu liefern.

Mit Wasser/Dampf als HTF wirkt die ThermalBattery™ im Ladebetrieb als Dampfkühler und Kondensator und im Entladebetrieb als Kessel und Überhitzer, wobei sie die gleichen Prinzipien wie Dampferzeuger in konventionellen und solarthermischen Kraftwerken nutzt.

Betriebsbereich der ThermalBattery™

Die Höchsttemperatur für das Laden unserer Batterie liegt bei ca. 400°C unter Verwendung herkömmlicher Kohlenstoffstahlrohre. Wirtschaftliche Anwendungen laden zwischen 250°C und 400°C und entladen zwischen 150° und 350°C. In der Regel reichen die Kundenlösungen von 5 bis 1000 MWh, mit Lade-/Entladedauern von einigen Minuten bis zu mehreren Stunden.

Kosteneffizient

Aufgrund des Designs und der Materialauswahl stellt unsere ThermalBattery™ eine kosteneffiziente Lösung zur Abwärmerückgewinnung dar. Die Module werden von unseren Partnern außerhalb des Werks hergestellt und an unsere Kunden zur einfachen Montage vor Ort geliefert – das spart Kosten und steigert den Wert.

Sichere Anwendung

ENERGYNEST-Module werden unter Einhaltung der geltenden Vorschriften und Normen entwickelt und sind aufgrund ihrer komplett verschweißten Rohrleitungen eigensicher. Außerdem werden sie vor der Auslieferung an den Kunden strengen Tests und Zertifizierungen unterzogen und tragen das CE-Zeichen.

Einfache Installation

Wenn die Module vor Ort ankommen, sind sie sofort montagebereit, was die Bauzeit erheblich verkürzt und den Kunden einen schnelleren Zugang zu den betrieblichen Vorteilen ermöglicht.

Schnelle Armortisierung von CO₂

Die Amortisierung von ENERGYNEST-Lösungen zur Senkung des CO₂-Ausstoßes ist bemerkenswert schnell – basierend auf aktuellen Berechnungen dauert sie etwa 2 Monate. Das bedeutet, dass sich die Dekarbonisierungsstrategie schon bald rentieren könnte – oder sogar noch mehr Wert generiert.

Vom Gießen zur Baustelle: einfacher Transport per LKW oder Bahn dank standardisiertem Containerformat

Laden der ThermalBattery™ auf Basis eines Thermalölsystems

Zukunftsfähige Thermalölsysteme sind das Herzstück unserer Strom-, Solar- und Abwärmespeicherlösungen.

In diesen Systemen wird Thermalöl verwendet, um Wärmeenergie von einer Senke auf die ThermalBattery™ zu übertragen, bevor sie bei Bedarf wieder an eine solche abgegeben wird. Beim Laden wird heißes Thermalöl aus Wärmequellen wie Elektroheizungen, Wärmetauschern oder Solarfeldern mittels eines Pumpenskids durch die Stahlrohre der ThermalBattery™ von oben nach unten gepumpt. Dadurch wird Wärmeenergie auf das Speichermaterial übertragen.

Beim Entladen kehrt sich der Flüssigkeitsstrom um. Über integrierte Bypass-Systeme mit Regelventilen kann eine konstante Auslasstemperatur sowohl bei der Be- als auch bei der Entladung gewährleistet werden. Um Volumenänderungen auszugleichen, enthält das System ein Ausdehnungsgefäß. Die Art des Thermalöls wird auf die spezifischen Bedürfnisse des Systems und die Anforderungen des Kunden zugeschnitten. Das Thermalöl-BOP-Paket mit Rohrleitungen, Pumpen, Ventilen und Ausdehnungsgefäß wird in der Regel als einbaufertiges Skid geliefert.

Laden der ThermalBattery™ auf Basis eines Dampfsystems

Dampfsysteme sind das Herzstück unserer Dampfspeicherlösungen.

Während des Ladevorgangs strömt Hochdruckdampf aus der Quelle (Dampfnetz, Turbine oder Kessel) in das System, wo er in den ThermalBattery™-Modulen kondensiert und dabei die Wärme an das Speichermaterial überträgt. Das Kondensat wird in einem Druckbehälter aufgefangen.

Bei der Abgabe in eine Mittel- oder Niederdrucksenke (Turbine, Dampfnetz oder Produktionsprozess) sinken der Druck und die entsprechende Sättigungstemperatur unter die Temperatur des Speichermaterials, wodurch der Verdampfungsprozess sowohl in den Modulen als auch im Behälter in Gang gesetzt wird („Flashing“). Ein Regelventil auf der Oberseite des Behälters steuert diesen doppelten Verdampfungsprozess, um eine stabile Versorgung mit trockenem Sattdampf oder leicht überhitztem Dampf zu gewährleisten. Falls erforderlich, kann das Verdampfungssystem mit einer Überhitzer-ThermalBattery™ in Reihe geschaltet werden, um überhitzten Hochtemperaturdampf zu liefern.

Gesättigter oder überhitzter Dampf kann mit konstantem, gestuftem oder gleitendem Druck und Temperatur bereitgestellt werden. Das Steam-BOP-Paket mit Rohrleitungen, Ventilen und Druckbehälter kann als einbaufertiges Skid geliefert werden.

Von Experten geprüftes System

Das Design unseres Systems und die Ergebnisse unserer ThermalBattery™-Pilotanlage wurden im Journal of Energy Storage als Peer-Review-Artikel „Long-term performance results of concrete-based modular thermal energy storage system“ veröffentlicht.

Von der Produktion bis zur Montage vor Ort: Vorbereitung der Stahlkassetten vor dem Gießen und Endmontage der fertigen Module am YARA-Standort in Porsgrunn, Norwegen

Visionäre Projekte, erfolgreich umgesetzt

Wir haben unsere innovative Technologie in unserem ThermalBattery™-Pilotprojekt, das in Masdar, Abu Dhabi, installiert wurde, strengen Tests unterzogen. Derzeit führen wir mehrere wegweisende kommerzielle Projekte für verschiedene Anwendungsgebiete durch.

Partner für die Energiewende

Gemeinsam mit starken Partnern produzieren wir unsere ThermalBattery™und liefern unsere Lösungen in einspielten Prozessen, um eine reibungslose Ausführung und nahtlose Integration in die bestehende Infrastruktur zu gewährleisten. Dank der kreativen und flexiblen Zusammenarbeit mit führenden Unternehmen der Branche wird die Speicherung von Strom, Wärme und Dampf Realität – und das schon heute.

ThermalBattery™ FAQ: Häufig gestellte Fragen

Wie funktioniert eine ThermalBattery™XS?

Energie in Form von Wärme wird mithilfe einer Wärmeträgerflüssigkeit (Heat Transfer Fluid: HTF) auf die ThermalBattery™ übertragen. Die HTF kann im Prinzip jede Flüssigkeit mit geeigneten Wärmeübertragungseigenschaften sein. In den meisten Fällen ist dies entweder Thermalöl oder Wasser/Dampf. Die Wärme der HTF wird über eingegossene U-förmige Wärmetauschrohre aus Kohlenstoffstahl an das Festkörperspeichermaterial HEATCRETE® übertragen. Es besteht kein direkter Kontakt zwischen der Wärmeträgerflüssigkeit und HEATCRETE® – die Wärmeübertragung erfolgt ausschließlich über die Stahlrohre des Wärmetauschers. Die Konstruktion des Wärmespeicherelements mit U-Rohren gewährleistet, dass die thermischen Spannungen in axialer Richtung minimiert werden. Die thermischen Elemente umfassen auch einen Stahlmantel, der drei Funktionen erfüllt: Er ist eine dauerhafte Gussform, eine externe Verstärkung, die das Risiko von Abplatzungen oder Rissen verringert, und ein HTF-Rückhaltesystem (für den sehr unwahrscheinlichen Fall einer HTF-Leckage im Inneren des Elements).

Wodurch unterscheidet sich ENERGYNEST von elektrochemischen Batterien?

Elektrochemische Batterien, wie Lithium-Ionen- und Bleibatterien, benötigen Strom zum Laden, während die ENERGYNEST ThermalBattery™ mit Wärme geladen wird. Das bedeutet, dass die ThermalBattery™ für Anwendungen (wie etwa Kraft-Wärme-Kopplung) eingesetzt werden kann, die mit elektrochemischen Batterien physikalisch nicht möglich sind. Darüber hinaus hat die ThermalBattery™ eine wesentlich längere Lebensdauer, weist nahezu keine Leistungseinbußen auf und besteht aus vollständig recycelbaren Materialien. Diese Materialien bestehen in erster Linie aus Stahl und Beton, also aus günstigen und weltweit verfügbaren Rohstoffen. Aus diesem Grund ist das System wesentlich kostengünstiger als Batterien.

Wer ist für den Bau der ThermalBattery™ verantwortlich?

Wir bieten unseren Kunden die für ihre Situation günstigste Option an, die in der Regel eine der folgenden ist: Der Kunde bringt seinen EPC-Anbieter mit und ENERGYNEST berät vor Ort, um ihn beim Bau der ThermalBattery™ zu begleiten. Oder wir gestalten zusammen mit einem unserer internationalen EPC-Partner eine passende, schlüsselfertige Lösung für unsere Kunden.

Wie wird die Qualität des Systems sichergestellt?

Wir arbeiten nur mit nach ISO 9001:2015 zertifizierten Lieferanten und Partnern zusammen, die ein Höchstmaß an Vertrauen in unsere Produkte und Dienstleistungen setzen. Darüber hinaus führen wir gemeinsam mit zertifizierten Stellen 2nd-Party-Audits und eine Vor-Ort-Überwachung in den kritischen Phasen des Bauprozesses durch.

Wie lang ist die Vorlaufzeit für die Installation einer ThermalBattery™? (Annahme: Lieferung der Materialien + Bau)

Die Vorlaufzeit für die Installation einer ThermalBattery™ beträgt in der Regel 12 bis 15 Monate nach Unterzeichnung des Vertrags. Dieser Zeitraum umfasst die Fertigstellung der ThermalBattery™-Konstruktion, die Vorbereitung und den Transport der Schlüsselkomponenten sowie den gesamten Bauprozess, der Bauarbeiten und die kalte Inbetriebnahme beinhaltet. Die genaue Dauer kann je nach Größe und Standort des Projekts variieren, aber alle notwendigen Schritte sind in der angegebenen Vorlaufzeit berücksichtigt.

Wie hoch sind die mit dem Bau einer ThermalBattery™ verbundenen Kohlenstoffemissionen?

Die CO₂-Emissionen sind in hohem Maße von den jeweiligen Umständen abhängig und können von einem Projekt zum anderen variieren. Sicher ist, dass die Auswirkungen im Allgemeinen nicht wesentlich größer sind als die von Zement. Bei einer konservativen Schätzung würden die Gesamtemissionen bei 15 kg pro kWh Speicherkapazität liegen. Die Treibhausgasintensität der Elektrizitätserzeugung unterscheidet sich dabei jen nach EU-Mitgliedstaat erheblich. Die durchschnittliche THG-Emissionsintensität der Stromerzeugung in der EU liegt jedoch bei etwa 250 g/kWh. Einer groben Einschätzung zufolge amortisiert sich die CO₂-Schuld für eine ThermalBattery™ nach zwei bis drei Monaten. Daher wird die ENERGYNEST ThermalBattery™, unabhängig von der Art des Projekts, ihren CO₂-Fußabdruck schnell wieder ausgleichen. Die ThermalBattery™ ist eine intelligente und kosteneffiziente Lösung zur Verringerung der CO₂-Emissionen in wärmeintensiven Branchen.

Wie können in Industrieanlagen Einsparungen erzielt und die Kohlenstoffemissionen reduziert werden?

Die ENERGYNEST-Projektentwickler beginnen damit, die Prozessdaten der Anlagen auszuwerten. Dazu gehört die Analyse der verschiedenen Wärmequellen und Wärmesenken in Bezug auf Temperatur, Druck und Durchflussmengen. In vielen Industrieanlagen gibt es Prozesse, deren Energieerzeugung und -verbrauch entweder lückenhaft oder stark schwankend sind. Indem ENERGYNEST thermische Energie aus Hochtemperatur-Abwärmequellen zurückgewinnt, speichert und zu einem späteren Zeitpunkt in nachgelagerte Prozesse einspeist, eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten der Abwärmenutzung: Anstatt fossile Brennstoffe zu verbrauchen, um die benötigte Wärme zu erzeugen, kann die Industrie einfach auf gespeicherte Wärmeenergie zurückgreifen. Die Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe ermöglicht eine entsprechende Reduzierung der Kohlenstoffemissionen. Die ThermalBattery™ ermöglicht den Betreibern von Industrieanlagen also ein optimales Management ihres Energieverbrauchs.

Welche Art von Einnahmemöglichkeiten können für unabhängige Stromerzeuger geschaffen werden?

Die ThermalBattery™ ist die ultimative Flexibilitätslösung für Wärmekraftwerke. Sie kann direkt in bestehende Dampfkreisläufe integriert werden und bietet so einen Dampfspeicher zwischen Kessel und Turbine. Dies ermöglicht es den Betreibern, ihren Kessel kontinuierlich zu nutzen und gleichzeitig die elektrische Leistung nach Bedarf zu erhöhen oder zu reduzieren. Je nach Situation kann die Reaktionszeit des Systems auf weniger als 7 Sekunden gedrosselt werden. Dies macht die ThermalBattery™ zu einer perfekten Lösung, um thermische Kraftwerke mit der notwendigen Flexibilität auszustatten, auf primäre Frequenzänderungen reagieren zu können. Die ThermalBattery™ kann also für eine kurze oder lange Reaktionszeit ausgelegt werden – je nachdem, was den größten Nutzen auf den Strommärkten bringt.

Wie viel kostet die ThermalBattery™?

Die Materialkosten für unsere Basisspeichermodule hängen von der tatsächlichen Speicherkapazität sowie den individuellen Projektbedingungen ab. Dazu gehören das Speichermedium, dessen Umhüllung und die Mittel zur Einspeisung und Entnahme von Wärme aus dem Medium. Außerdem sind die lokalen EPC-Kosten zu berücksichtigen, die von Projekt zu Projekt erheblich variieren können. Die Gesamtkosten des Systems unterscheiden sich daher je nach Größe, Funktionalität, Unterkomponenten sowie geografischem Standort.

Welche Temperaturen kann die ThermalBattery™ bewältigen?

Unser Speichermaterial HEATCRETE® wurde bei Temperaturen von bis zu 550°C getestet und gewährleistet bis zu 450°C eine einwandfreie Funktion.

Wie widersteht die ThermalBattery™ der Belastung durch thermische Ausdehnung?

Das Speichermaterial ist so konzipiert, dass es einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die eingegossenen Kohlenstoffstahlrohre hat.

Wie viele Lade-/Entladezyklen kann die ThermalBattery™ bewältigen?

Bei täglicher Beanspruchung würde eine ThermalBattery™ in 50 Jahren Betrieb weniger als 20.000 Zyklen durchlaufen. Da die Belastungswerte weit von den Versagenswerten für Beton entfernt sind, stellen Spannung und Ermüdung für unser ThermalBattery™-System selbst bei 10.000 - 20.000 Zyklen keine Probleme dar.

Nimmt die Leistung der ThermalBattery™ mit der Zeit ab?

Die ThermalBattery™ selbst weist während des Betriebs keine Leistungseinbußen auf, da das System vollständig aus langlebigem Beton und Stahl besteht und somit Zehntausende von Belastungszyklen aushalten kann. Alle Materialien werden innerhalb von Grenzwerten eingesetzt, die ihre Funktionsfähigkeit für bis zu 50 Jahre gewährleisten.

Wie werden technische Risiken minimiert?

ENERGYNEST konzipiert die Thermal Battery™ so, dass technische Risiken minimiert werden, um die garantierte Leistung zu gewährleisten. Jedes Thermal Battery™-Modul wird in Übereinstimmung mit der Druckgeräterichtlinie 2014/86/EU entwickelt und hergestellt, und ist individuell CE-gekennzeichnet. Das Energiespeichermaterial wurde einer Vielzahl von Tests unterzogen – sowohl in Laboren als auch in realen Pilotanlagen –, und die Leistung wird von externen Prüfern zertifiziert. Daten über die genaue Leistung und die nachgewiesene Systemleistung können auf Anfrage mitgeteilt werden.

Wie hoch sind die Wärmeverluste im Laufe der Zeit?

Die thermischen Verluste betragen bei Großprojekten weniger als 2 % über 24 Stunden. Bei kleineren Projekten sind die Verluste etwas höher, da das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zunimmt.

Welche Wartung ist für die ThermalBattery™ erforderlich?

Die ThermalBattery™ ist sehr wartungsarm, da es außer einigen Regelventilen an der Rohrleitungsschnittstelle zur Anlage keine beweglichen Teile gibt.

Wie schnell kann die Batterie reagieren?

Die ENERGYNEST ThermalBattery™ kann sehr schnell reagieren und bietet alles vom kurzfristigen Frequenzgang (30 Minuten Laden/Entladen) bis hin zu längeren Zyklen über mehrere Tage hinweg.

Wie wird die Leistung der ThermalBattery™ gemessen?

Die Leistung der ThermalBattery™ basiert auf Messungen der HTF-Einlass- und -Auslasstemperatur und des Massenflusses durch das System. Diese Parameter ermöglichen eine genaue Leistungsüberwachung. Im Falle von Wasser/Dampf wird die Leistung auf Grundlage des Massenflusses des Fluids in flüssiger Form (Wasser) oder in Form von Dampf in Kombination mit Temperatur und Druck gemessen.

ThermalBattery™

Wärmespeicher der Zukunft: Unsere ThermalBattery™-Technologie zur thermischen Energiespeicherung

Die Lebensdauer unserer thermischen Energiespeicher: 30 Jahre +