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.

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.

Infografiken - Laden-Entladen Punke

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. 

Konfiguration abhängig von Prozessparametern
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.

An ENERGYNEST interessiert oder Fragen zu unseren thermischen Energiespeicherlösungen oder zu unseren Anwendungen für Ihre Branche?

 

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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 ThermalBatteryTM-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-ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM-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

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.

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 ThermalBatteryTM?
Energie in Form von Wärme wird mithilfe einer Wärmeträgerflüssigkeit (Heat Transfer Fluid: HTF) auf die ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM mit Wärme geladen wird. Das bedeutet, dass die ThermalBatteryTM für Anwendungen (wie etwa Kraft-Wärme-Kopplung) eingesetzt werden kann, die mit elektrochemischen Batterien physikalisch nicht möglich sind. Darüber hinaus hat die ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM? (Annahme: Lieferung der Materialien + Bau)
Drei Monate nach Abschluss des ThermalBatteryTM-Projekts sind die Schlüsselkomponenten bereit für den Transport zur Baustelle. Die Dauer des Transports zur Baustelle hängt sehr stark vom Standort des Projekts ab: von einer Woche bei einem europäischen Projekt bis zu einem Monat, wenn es sich um ein Projekt in Übersee handelt. Die Dauer des Bauprozesses hängt von der Größe des Speichers ab. Ein guter Richtwert sind drei Monate für ein kleines Projekt – von den Bauarbeiten bis zur kalten Inbetriebnahme – und sechs Monate für ein größeres Projekt.
Wie hoch sind die mit dem Bau einer ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM ermöglicht den Betreibern von Industrieanlagen also ein optimales Management ihres Energieverbrauchs.
Welche Art von Einnahmemöglichkeiten können für unabhängige Stromerzeuger geschaffen werden?
Die ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM zu einer perfekten Lösung, um thermische Kraftwerke mit der notwendigen Flexibilität auszustatten, auf primäre Frequenzänderungen reagieren zu können. Die ThermalBatteryTM kann also für eine kurze oder lange Reaktionszeit ausgelegt werden – je nachdem, was den größten Nutzen auf den Strommärkten bringt.
Wie viel kostet die ThermalBatteryTM?
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 ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM bewältigen?
Bei täglicher Beanspruchung würde eine ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM-System selbst bei 10.000 - 20.000 Zyklen keine Probleme dar.
Nimmt die Leistung der ThermalBatteryTM mit der Zeit ab?
Die ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM erforderlich?
Die ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM 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 ThermalBatteryTM gemessen?
Die Leistung der ThermalBatteryTM 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.

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