Mit dem zunehmenden Anteil erneuerbaren Energien wächst auch der Bedarf nach Möglichkeiten zur Energiespeicherung, um die auftretenden Schwankungen auszugleichen. Werden Energieerzeugung und -verbrauch zeitlich entkoppelt, trägt das nicht nur positiv zur Netzstabilität bei, sondern kann auf Verbraucherseite auch die Versorgungssicherheit erhöhen, die Energieeffizienz steigern sowie die Energiekosten senken. Insbesondere für Industrieunternehmen aus energieintensiven Branchen bieten Energiespeicher vielversprechende Vorteile. Dabei stehen verschiedene Technologien zur Energiespeicherung zur Verfügung. Thermische und elektrochemische Energiespeicher sind bereits im industriellen Einsatz erprobt. Wir vergleichen die Lösungen.
Elektrochemische Energiespeicher: Funktionsweise und Einsatzbereiche
Zu den elektrochemischen Energiespeichern zählen sowohl Batterien als auch Akkumulatoren, umgangssprachlich bekannt als Akkus. Sie speichern und liefern elektrische Energie durch reversible elektrochemische Reaktionen, bei denen Ionen zwischen einer positiven Elektrode (Kathode) und einer negativen Elektrode (Anode) durch einen Elektrolyten wandern. Beim Laden bewegen sich die Ionen zur Anode und werden gespeichert, während sie beim Entladen zur Kathode zurückkehren und dabei Elektronen freisetzen, die durch den äußeren Stromkreis fließen und Energie liefern.
Im industriellen Bereich spielen inzwischen vor allem Lithium-Ionen-Batterien eine große Rolle, da sie vielfältig einsetzbar sind. Auch wenn sie als Batterien bezeichnet werden, handelt es sich hier genau genommen um Akkumulatoren. Diese Art des Energiespeichers wird seit einiger Zeit bereits zur Pufferung von Strom aus Solar- oder Windenergie eingesetzt. Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund schneller Reaktionszeiten vor allem für die kurzzeitige Speicherung von Energie geeignet. In industriellen Anwendungen werden große Lithium-Ionen-Batteriesysteme eingesetzt, um Energie zu speichern und bei Spitzenlastzeiten bereitzustellen. Außerdem werden sie in modernen Elektrofahrzeugen verwendet.
Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien verfügen über eine hohe Energiedichte, was bedeutet, dass sie große Energiemengen in einem vergleichsweise kleinen und leichten Paket speichern können. Daher sind sie besonders gut für mobile Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und tragbare Elektronik geeignet. Ihre Lade- und Entladeeffizienz ist hoch und liegt oft bei über 90 Prozent. Dies bedeutet, dass nur wenig Energie während des Speichervorgangs verloren geht, was sie wirtschaftlich attraktiv macht. Sie haben außerdem eine niedrige Selbstentladungsrate, können also ihre Ladung über längere Zeiträume halten – ohne signifikante Energieverluste.
Herausforderungen beim Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien
Trotz der sinkenden Preise bleiben Lithium-Ionen-Batterien teurer als einige alternative Speichertechnologien. Hohe Kosten aufgrund steigender Nachfrage für die benötigten Rohstoffe wie Lithium und Kobalt tragen wesentlich zu den Gesamtkosten bei. Bei unsachgemäßer Handhabung oder unter extremen Bedingungen kann es passieren, dass die Batterien Feuer fangen. Umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen und aufwendige Überwachungssysteme sind daher unerlässlich, was hohe Betriebskosten zur Folge hat. Werden sie als Energiespeicher in industriellen Anlagen eingesetzt, müssen die einzelnen Speichereinheiten aufgrund der Brandgefahr und zur Wartung außerdem weit auseinander stehen, was ihren Platzbedarf enorm vergrößert.
Auch für die Umwelt ist die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien nicht ungefährlich: Der Abbau und die Verarbeitung von Lithium und anderen Materialien können erhebliche negative Umweltauswirkungen haben, da der Wasserverbrauch extrem hoch ist. Zudem stellt das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien eine Herausforderung dar.
ThermalBattery™: So funktioniert der thermische Energiespeicher
Thermische Energiespeicher spielen eine wichtige Rolle in der effizienten Nutzung und Speicherung von Wärmeenergie, die in verschiedenen industriellen Prozessen und bei der Nutzung erneuerbarer Energien anfällt. Diese Art der Energiespeicher umfassen sensible Wärmespeicher, die Wärme durch Temperaturerhöhung eines Mediums speichern, latente Wärmespeicher, die Phasenwechselmaterialien zur Wärmespeicherung nutzen, und thermochemische Speicher, die durch reversible chemische Reaktionen Wärme speichern.
Eine innovative und markterprobte Technologie in diesem Bereich ist die ThermalBattery™ von ENERGYNEST, die sich durch hohe Effizienz und Flexibilität auszeichnet. Die ThermalBattery™ speichert Energie in Form von Wärme und setzt sie bei Bedarf wieder frei. Die Wärme wird dabei mittels Dampf oder Thermalöl als Wärmeträgerflüssigkeit auf das Speichermedium, einen speziell entwickelten Hochleistungsbeton, übertragen.
In der Industrie bietet der Wärmespeicher unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten. So kann die ThermalBattery™ eingesetzt werden, um Produktionsprozesse mit erneuerbarer Energie zu versorgen. Das funktioniert durch die direkte Aufladung mittels heißem Thermalöls aus solarthermischen Kraftwerken oder durch die Umwandlung von grünem Strom in Wärmeenergie, die dann in der ThermalBattery™ gespeichert wird. Außerdem kann etwa bisher ungenutzte Abwärme oder auch überschüssiger Dampf aufgefangen, gespeichert und bei Bedarf als Prozesswärme oder Dampf wieder freigesetzt werden, was die Energieeffizienz von Industrieanlagen deutlich verbessert.
Vorteile der ThermalBattery™ gegenüber Lithium-Ionen-Batterien
Die ThermalBattery™ ist durch den verwendeten Hochleistungs-Thermobeton äußerst robust und hat eine deutlich längere Lebensdauer als Lithium-Ionen-Batterien. Zudem weist sie nahezu keine Leistungseinbußen auf. Ihr Wirkungsgrad liegt bei über 98 Prozent. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien kann die ThermalBattery™ über einen Zeitraum von mehreren Stunden bis hin zu mehreren Tagen kontinuierlich Energie abgeben, was eine zuverlässige Energieversorgung auch während längerer Stromausfallphasen sicherstellt.
Die Speichertechnologie der ThermalBattery™ basiert auf kostengünstigen und leicht verfügbaren Materialien, die außerdem vollständig recycelbar sind. Die Entsorgung nach ihrem Einsatz ist so unkompliziert und deutlich umweltfreundlicher. Der Wärmespeicher ist darüber hinaus beinahe wartungsfrei, was die Betriebskosten im Vergleich zu anderen Speichersystemen deutlich senkt und ihre Zuverlässigkeit erhöht.
Der modulare Aufbau ermöglicht eine leichte Skalierbarkeit und sorgt zusätzlich dafür, dass der Energiespeicher vergleichsweise wenig Platz einnimmt, wenn er in die industriellen Prozesse integriert wird. Nicht zuletzt bietet die ThermalBattery™ eine deutlich höhere Vielseitigkeit auf Lade- und Entladeseite – und kann daher in einer Vielzahl verschiedener industrieller Prozesse eingesetzt werden, einschließlich der Speicherung von Abwärme und der Integration in erneuerbare Energiesysteme wie etwa solarthermische Kraftwerke.
