Heat 2 Power:
Neue Thermospeicher-Technologie []

Vorteile der Neuen Thermospeicher-Technologie

Optimale Materialkombination

Die Wärmespeichermasse kombiniert gezielt Stahlrohre und mineralische Füllstoffe.

• Nachhaltigkeit: Diese Materialwahl ist kostengünstig, ressourcen­schonend, ökologisch unbedenklich und ermöglicht praktisch unbegrenzte Zyklenfestigkeit. Der Speicher hat einen robusten, langlebigen Aufbau.
• Verfahrenstechnische Effizienz: Hohe Energiespeicher­dichte, geringer reproduzierbarer Druckverlust beim Durchströmen, kurze Ansprech­zeiten beim Wärme­austausch, gezielte homogene Wärme­verteilung, Hochdruckbetrieb möglich.
• Optimale Betriebsführung: Definierte Strömungswege und Wärme­übertragungs­strecken; keine Hoch­temperatur-Filter; getrennte Kreisläufe für Beladung und Entladung; volle Kontrolle über den Prozess.

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• Durch die minimierten Lückenvolumina wird eine hohe volumetrische Wärmespeicherdichte erreicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Speichern ist die Wärmespeicherdichte 4–8-fach höher als bei Lavagestein.
• Es entstehen keine Totbereiche, da das Gas nicht mehr den Weg des geringsten Widerstands sucht.
• Eine wandernde „Wärmefront“ ist de facto nicht realisierbar – stattdessen herrscht eine homogene Temperaturverteilung im Modul – direkt messbar und als Kenngrösse für die Steuerung verwendbar. Die Steuerung "weiss" immer, welche Module zur Be- und Entladung angesteuert werden müssen.
• Definierte Strömungswege erlauben eine präzise Auslegung und führen zu reproduzierbaren Parametern der Durchströmung.
• Kein Staub im Luftkreislauf (kein Abrieb der Speichermasse wie bei Schüttungen), daher sind keine Hochtemperatur-Filter erforderlich.
• Die Kombination aus Stahlrohren und Mineralien erlaubt getrennte Kreisläufe für Beladung und Entladung sowie unterschiedliche Medien (z. B. Stickstoff, Thermalöl, Rauchgase, Wasserdampf).

Getrennte Kreisläufe des Belade- und Entladestromes

• Gleichzeitige Beladung und Entladung über getrennte Rohrleitungs­systeme: Dies ist ein Alleinstellungs­merkmal, das besonders bei mittelfristigen Speicherzyklen – etwa während Dunkelflauten – von hoher Relevanz ist .
• Kontinuierlicher Betrieb: Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichern muss die Beladung nicht gestoppt werden, um eine Entladung zu ermöglichen. Dadurch kann eine nachgeschaltete Wärmekraft­maschine kontinuierlich arbeiten, auch wenn die Einspeisung schwankt.
• Integrierte Wärmerückgewinnung: Die Restwärme nach Abgabe der Energie an eine nachgeschaltete Wärme­kraftmaschine ist keine Abwärme, sondern wird dem Speicher nach dem Gegenstrom­prinzip wieder zugeführt.

Technische Details: Zeitlicher Verlauf der Einspeisung

Die folgende Grafik zeigt den zeitlichen Verlauf einer schwankenden Wärme-Einleitung. Bei ca. 40 % der Zeit liegt die Temperatur unterhalb der verwertbaren Mindest­temperatur („T_min“) für eine Rück­verstromung. Während herkömmliche Speicher in solchen Phasen keine Energie nutzbar machen können, erlaubt die neue Technologie die kontinuierliche Entladung durch Umleitung in andere Module. Damit wird auch Nieder­temperatur­wärme gespeichert und später zurückgewonnen – ein entscheidender Vorteil gegenüber bisherigen Systemen.

Technische Details: Temperaturbereiche und Restwärmenutzung

Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist die Ausnutzung der Restwärme zur Vorwärmung des Entlade­stromes. Module mit niedrigerer Temperatur dienen zur Vorwärmung, bevor die heißeren Bereiche genutzt werden. Dadurch erhöht sich das Temperatur­differenz‑Delta (ΔT) zwischen Eintritts- und Austritts­temperatur. Ergebnis: ein höherer Wirkungsgrad

Modularbauweise mit flexibler Verschaltung untereinander

Die neue Thermospeicher-Technologie ist modular aufgebaut und erlaubt eine flexible Verschaltung der einzelnen Module. Dadurch können stark unterschiedliche Einspeiseleistungen – etwa Peak-Leistungen aus Windenergie – effizient bewältigt werden. Die Wärme kann gezielt an der Stelle entnommen werden, an der die gewünschte Temperatur herrscht. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Rückverstromung auch bei schwankender Einspeisung und steigert die Effizienz des Gesamtsystems.

• Flexibilität: Module können seriell, parallel oder sukzessiv verschaltet werden – je nach Betriebsanforderung.
• Effizienz: Stufenweise Temperaturänderung zwischen Belade- und Entladestrom erhöht den nutzbaren Temperaturbereich und den Wirkungsgrad des Wärmeaustausches.
• Kompaktheit: Weniger unnütz zirkulierendes Gas, geringerer apparativer Aufwand, kleinere Dimensionierung bei gleicher Strommenge.
• Skalierbarkeit: Speichereinheiten können bei Bedarf erweitert werden.

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• Serielle Verschaltung erlaubt einen Gegenstrom-Wärmeaustausch zwischen Beladung und Entladung → höhere Temperaturdifferenzen und effizienterer Wärmeaustausch.
• Die stufenweise Temperaturänderung von Modul zu Modul maximiert den Wärmeaustausch zwischen Gas und Speicher, sodass nur wenig Restwärme im Gas verbleibt.
• Durch die flexible Verschaltung entfällt die Zumischung von Kaltluft zur Zieltemperatur – die Module liefern direkt die gewünschte Temperatur.
• Große Mengen unnütz zirkulierenden Gases werden vermieden → geringerer apparativer Aufwand (Ventilatoren, Wärmeübertrager).
• Größerer Anteil der eingespeicherten Wärme dient zur Stromerzeugung.

Anteil gespeicherter Wärme zur Rückverstromung

Aufstellung und Einbindung

Die neue Thermospeicher-Technologie erlaubt eine dezentrale Aufstellung direkt bei der Energiequelle, z. B. einem Windrad. Dadurch entfällt zusätzlicher Netzausbau und die Integration in bestehende Systeme wird erleichtert. Eine optimale Konfiguration für die Energiewende sieht vor, dass Leistungen bis zur Jahres­durchschnitts­leistung ins Netz eingespeist werden, während Überschüsse im Thermospeicher aufgenommen und bei Bedarf wieder verstromt werden.

• Dezentrale Integration: Aufstellung direkt bei EE‑Erzeugungsstätten; kein zusätzlicher Netzausbau erforderlich.
• Netzentlastung: Überschüsse oberhalb der Durchschnitts­leistung werden gespeichert; Grundlast wird kontinuierlich ergänzt.
• Backup‑Entlastung: Konventionelle Kraftwerke laufen auf niedrigerem, gleichmäßigem Niveau; keine Höchstleistungs­auslegung nötig.
• Flexibilität: Wärmekraftmaschinen können bei Bedarf auch mit Bio‑Treibstoffen betrieben werden.

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• Bei EE‑Erzeugung unterhalb der definierten Grundlast dient die gespeicherte Wärme zum Betrieb einer Wärme­kraftmaschine.
• Optional kann die Wärmekraftmaschine kurzfristig mit Bio‑Treibstoffen wie Bio-LNG oder Wasserstoff (H₂) betrieben werden, wenn keine EE‑Erzeugung stattfindet und der Speicher leer ist.
• Die Wärmekraftmaschine muss nur für die Grundlast ausgelegt werden (ca. 15–25 % der Nennleistung einer Wind­energieanlage).
• Beispiel: Grundlast einer 15 MW‑Windradanlage beträgt ca. 2 300–3 000 kW.
• Getrennte Rohrleitungssysteme für Beladen und Entladen ermöglichen auch die Nutzung verschiedener Medien wie Stickstoff, Thermalöl, Rauchgase, oder Wasserdampf
• Wegfall vieler zusätzlicher Apparate → geringere Komplexität.
• Flexible Verschaltung der Module (seriell, parallel, sukzessiv) macht Zumischung von Kaltluft überflüssig.
• Minimalistisches Layout ohne zahlreiche Pumpen, Wärmetauscher, Verdichter; höchste Temperatur­differenzen auch ohne Rankine‑Prozess möglich.

Effizienz

Die neue Thermospeicher-Technologie erreicht eine deutlich höhere Effizienz als marktübliche Systeme. Während herkömmliche Speicher nur 20–30 % der eingespeisten Wärme in Elektrizität zurückverwandeln, liegt der Anteil beim neuen Thermospeicher bei 70–90 %. Damit wird aus gleicher Wärmemenge wesentlich mehr nutzbare elektrische Energie gewonnen.

• Höhere Rückverstromung: bis zu 3‑facher Wirkungsgrad im Vergleich zu bisherigen Hochtemperatur-Speichern.
• Schneller betriebsbereit: kleinere Module erreichen schneller die erforderliche Betriebs­temperatur.
• Kontinuierliche Effizienz: auch bei schwankender Einspeisung bleibt die Rück­verstromung stabil.
• Kompakte Dimensionierung: geringere Wärmemenge erforderlich, um gleiche Strom­menge zu erzeugen.

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• Marktübliche Speicher definieren ihren „Speicherwirkungsgrad“ oft nicht als Quotient von zurück­gewonnener elektrischer Arbeit zu eingespeister Wärme.
• Bei herkömmlichen Speichern sinkt die Effizienz während der Aufladung kontinuierlich, da sich die Temperaturen von Beladestrom und Speicher­masse annähern → mehr Restwärme geht verloren.
• Der neue Thermospeicher vermeidet diesen Effekt durch stufenweise Temperaturführung und flexible Modulverschaltung.
• Diagramme zum zeitlichen Verlauf der Temperatur zeigen, dass der neue Speicher bei gleicher Wärme­menge schneller betriebsbereit ist.
• Auch bei intermittierendem Betrieb bleibt die Wärmekraft­maschine durchgehend arbeitsfähig, selbst wenn zeitweise nur tiefere Temperaturen eingespeist werden.
• Die Entladung beginnt früh, da erste Module schnell aufgeladen werden; dadurch verlängert sich die Entnahme­dauer und mehr Wärme wird nutzbar gemacht.

Be- und Entladedynamik

Insgesamt ergibt sich die Möglichkeit, den Speicher hochdynamisch zu be- und entladen. Er kann im Gegensatz zu bisherigen Speichern durchgehend entladen werden, und dies mit höherer Effizienz.

Im Vergleich zu bisherigen Hochtemperatur-Wärmespeichern kann der Neue Thermospeicher also

• kleiner dimensioniert werden, um die Erzeugung einer gleich grossen Menge an elektrischer Energie zu ermöglichen.
• mit geringerer eingespeister Wärmemenge die gleiche Menge an elektrischem Strom erzeugen.
• auch wenn er auf niedrigerem Temperaturniveau arbeitet, eine höhere Performance als bisherige Thermospeicher erzielen.

Wieviel Thermospeicher werden benötigt?

Die deutsche Regierung hatte im Klimaschutzprogramm 2030 ursprünglich das Ziel formuliert, bis 2030 rund 30 Gigawatt installierte Speicherleistung zu erreichen. Inzwischen diskutieren Politik und Verbände jedoch über deutlich höhere Ausbauziele. Die Kapazität, gemessen in Gigawattstunden (GWh), ist in den Fokus gerückt.
Der Bundesverband Solarwirtschaft fordert beispielsweise eine gesetzliche Mindestkapazität von 100 GWh bis 2030, um die Versorgungssicherheit aus erneuerbaren Energien zu gewährleisten.

Ist die Neue Thermospeicher Technologie den bisherigen Speichern überlegen?

Was können die  Konkurrenzprodukte?