Die europäische Energiekrise hat die Wärmewende in der Industrie stärker in den Fokus rücken lassen. Denn gerade hier liegt enormes Einsparpotenzial: So entfallen rund zwei Drittel der Endenergienutzung in der Industrie auf die Prozesswärme in der Produktion. Im Hinblick auf hohe Gaspreise sowie politische Vorgaben zur Dekarbonisierung ist es für Unternehmen erfolgsentscheidend, die Umstellung der Versorgung auf erneuerbare Energien voranzutreiben und ihre Prozesswärme zu elektrifizieren. Technologien wie thermische Energiespeicher spielen dabei für Unternehmen eine wichtige Rolle, den Umstieg auf eine nachhaltige Produktion wirtschaftlich profitabel umzusetzen.
Wie funktioniert thermische Energiespeicherung?
Zu den thermischen Energiespeichern zählen sowohl Wärme- als auch Kältespeicher. Bei der Wärmespeicherung wird dem Speichermedium während des Ladevorgangs Energie in Form von Wärme zugeführt, beim Entladen wird sie wieder abgegeben. Zu den am häufigsten verwendeten Systemen gehören sensible Wärmespeicher, Latentwärmespeicher und thermochemische Wärmespeicher. Diese unterscheiden sich nach Speicherdauer, Temperatur sowie dem Prinzip der Speicherung.
Sensible Wärmespeicher
Bei der sogenannten sensiblen Wärmespeicherung wird die Temperatur eines Materials – je nach System ein Feststoff oder eine Flüssigkeit – erhöht, um die thermische Energie zu speichern. Typische Speichermaterialen sind beispielsweise Wasser, Thermalöl, Beton, Sandstein, Ziegel oder geschmolzene Salze. Die potenzielle Speicherdauer ist abhängig von den verwendeten Speichermaterialien. Sensible Wärmespeicherung ist die etablierteste und kostengünstigste Methode zur thermischen Energiespeicherung.
Latentwärmespeicher
In Latentwärmespeichern wird thermische Energie mithilfe eines Phasenwechselmaterials gespeichert. Beim Phasenwechsel (etwa von fest nach flüssig) dieser Materialien müssen sie Energie aufnehmen. Diese Energie, die dem Stoff zugeführt wurde, bleibt als sogenannte latente Energie im Stoff gebunden. Zu den typischen Phasenwechselmaterialien gehören Eis, Paraffin, Fettsäure, Zuckeralkohol, Salzhydrate, anorganische Salze und Metalle. Latentwärmespeicher können Energie über einen längeren Zeitraum ohne größere Verluste speichern. Bisher werden diese Speicher im industriellen Zusammenhang noch eher selten eingesetzt.
Thermochemische Wärmespeicher
Thermochemische Wärmespeicher nutzen reversible Gas-Feststoff-Reaktion. Die Energie wird in einer endothermen Reaktion anstelle eines Temperaturanstiegs gespeichert, was den Vorteil eines geringen Speicherverlusts bietet. Dabei lassen sich zwei Arten thermochemischer Speichertechnologien unterschieden: thermochemische Reaktionen und Sorptionsprozesse. Ihr Vorteil sind die sehr hohe Energiespeicherdichte und geringe Speicherverluste.
Beispiel für thermische Energiespeicher: Die Thermalbatterie
Die ThermalBattery™ von ENERGYNEST – ein thermischer Festkörper-Hochtemperatur-Energiespeicher – gehört zu den sensiblen Wärmespeichern. Hier wird thermische Energie mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit – in der Regel Thermalöl oder Wasser beziehungsweise Dampf – auf die ThermalBattery™ übertragen. Über eingegossene U-förmige Wärmetauschrohre aus Kohlenstoffstahl wird die Wärme an das Festkörperspeichermaterial HEATCRETE® übertragen. Die Energie wird mit minimalem Wärmeverlust gespeichert, bis sie benötigt wird. Die Übertragung erfolgt dabei ausschließlich über die Stahlrohre des Wärmetauschers. Die Höchsttemperatur für das Laden liegt bei ca. 400°C.
Vorteile thermischer Energiespeicher für die Industrie
Die Möglichkeit, Energie speichern und zu einem späteren Zeitpunkt bei Bedarf abrufen zu können, ist für eine bezahlbare Energiewende essenziell. Thermische Energiespeicher bieten der Industrie durch ihre verschiedenen Einsatzmöglichkeiten eine Reihe von Vorteilen.
Energiesicherheit erreichen: Schnelle Implementierung
Der russische Angriffskrieg hat deutlich aufgezeigt, welche Folgen eine starke Gasabhängigkeit für Unternehmen haben kann. Energiesicherheit ist deshalb ein wichtiges Ziel für die Industrie. Der Einsatz von thermischen Energiespeichern ist eine schnell umsetzbare Lösung für dieses Problem, da sie einfach zu installieren sind und in einigen Produktionsprozessen, wie etwa dem Wechsel von gasbefeuerten Kesseln auf E-Boiler, keine größeren baulichen Veränderungen für ihre Implementierung notwendig sind.
Überschüssige Energie speichern – und so Kosten senken
Durch die Elektrifizierung ihrer Produktionsprozesse und die Speicherung von günstigem Strom zu Schwachlastzeiten für die spätere Nutzung können Unternehmen sich vor Preisvolatilität sowie Marktpreisrisiken, schwankenden Gaspreisen, CO2-Kompensationskosten und Netzausgleichsgebühren schützen.
Emissionen einsparen durch Steigerung der Energieeffizienz
Die Energieeffizienz von Produktionsanlagen kann durch die Nutzung überschüssiger Prozesswärme erheblich gesteigert werden. So werden nicht nur wertvolle Kosteneinsparungen ermöglicht, sondern auch Emissionen gesenkt. Ein wichtiger Faktor für Unternehmen, um sowohl eigene als auch politische Vorgaben zur Dekarbonisierung einzuhalten.
Strom in Wärme speichern: Anteil erneuerbarer Energien erhöhen
Durch den Einsatz thermischer Energiespeicher können schwankende Verfügbarkeiten von Wind- und Solarenergie vom tatsächlichen Zeitpunkt der Nutzung entkoppelt werden, indem diese als Wärmeenergie gespeichert wird. So können Unternehmen den Anteil erneuerbarer Energien erhöhen – und gleichzeitig die Sicherheit ihrer Produktionsprozesse garantieren. Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern.
Marktreife Technologien
Die thermische Energiespeicherung ist keine Forschungs- und Entwicklungsarbeit mehr, sondern bereit für die kommerzielle Einführung, um die Energiewende zu unterstützen. Technologien zur Speicherung von thermischer Energie wie die ThermalBattery™ von ENERGYNEST sind marktreif, erprobt und verfügbar.
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