THERMISCHE SPEICHERUNG FÜR INTELLIGENTEN NETZE

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1 THERMISCHE SPEICHERUNG FÜR INTELLIGENTEN NETZE Technologie und Nutzen Dr.-Ing. Wolfgang Kramer Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Klimaenergy 2013 Bozen,

2 AGENDA Kurzvorstellung Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme Wärme- und Kältespeicher Motivation Technologie Ausführungsbeispiele große Wärmespeicher Integration von Wärme/Kälte und Strom 2

3 Die Fraunhofer-Gesellschaft im Profil Führende Organisation für angewandte Forschung in Europa Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend mit natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung 60 Forschungsinstitute an verschiedenen Standorten in Deutschland Mehr als 1,8 Mrd. Euro Forschungsvolumen jährlich, davon 1,5 Milliarden Vertragsforschung 3

4 Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE 1300 Mitarbeiter Budget ca. 70 Mio EUR Forschungsschwerpunkte Energieeffizienz Energiegewinnung Energieverteilung Energiespeicherung 4

5 Wärme- und Kältespeicher - Motivation Warum thermische Speicher? Der thermische Energieverbrauch entspricht etwa dem 2,5-fachen des elektrischen Energieverbrauchs Speicherung von Wärme und Kälte ist mindestens ebenso wichtig wie die Speicherung von Strom Vergleich Energieverbräuche in Deutschland 2011 in PJ Thermischer Energieverbrauch (Wärme + Kälte) Stromverbrauch Quelle Daten: Energiedaten BMWI

6 Wärme- und Kältespeicher - Motivation Warum Speicher? Zeitlicher Ausgleich von Angebot und Nachfrage Erhöhung der Anteile regenerativ bereitgestellter Energie Erhöhung der Wirkungsgrade von konventionellen Energiewandlungssystemen Heizen Kühlen Brauchwasser Solarstrahlung Monat Thermisches Energieangebot und nachfrage eines Gebäudes 6

7 Wärme- und Kältespeicher - Technologie Sensible Wärme Latente Wärme Wärmekapazität Wasser 4.19 J/gK 0 C -> 80 C = 335J/g Schmelzwärme Wasser - Eis 0 C -> 0 C = 333J/g 7

8 Wärme- und Kältespeicher - Technologie Speichertechnologien sensibel latent thermochemisch Flüssigkeit Feststoff organische Materialien anorganische Materialien Sorptionsspeicher chemische Speicher Wassertank Stein Paraffine Salzhydrate Adsorption Aquifer Gebäudemasse Fettsäuren Salze Absorption 8

9 Wärme- und Kältespeicher - Technologie Sensible große Wärmespeicher für Wärmenetze Heißwasser-Wärmespeicher (60-80 kwh/m³) Erdbecken-Wärmespeicher (60-80 kwh/m³) Source: solites/mangold Erdsondenspeicher (15-30 kwh/m³) Aquifer-Wärmespeicher (30-40 kwh/m³) Quelle: Solites/ Mangold 9

10 Wärme- und Kältespeicher - Ausführungsbeispiele Saisonaler Wärmespeicher in München 2006 (5700 m³) Quelle: Solites/ Mangold 10

11 Wärme- und Kältespeicher - Ausführungsbeispiele Aquifer-Speicher Reichstag Berlin bestehend aus 2 Speicher: Kältespeicher in 60m Tiefe 6-28 C Wärmespeicher in 300m Tiefe bis 70 C (BHKW-Abwärme) Quelle: GTN/Kabus 11

12 Integration von Wärme/Kälte und Strom Intelligente Nutzung von Stromüberschuss zur Wärme/Kälteerzeugung und Speicherung CSP zur Stromerzeugung mit thermischer Speicherung 100% Erneuerbare Energieversorgung durch intelligente Systemintegration von Solarwärme, Windstrom und Biomasse 12

13 Integration von Wärme/Kälte und Strom Intelligente Nutzung von Stromüberschuss zur Wärme/Kälteerzeugung und Speicherung Kühlschrank mit PCM Speicher für Camping-Anwendungen Auch im Haushalt könnten PCM-Kühlschränke zum Lastmanagement beitragen und den Strom-Eigenverbrauch erhöhen Quelle: SunDanze Refrigeration, Inc. 13

14 Integration von Wärme/Kälte und Strom CSP zur Stromerzeugung mit thermischer Speicherung 2 Speicher kalt und heiß für Belade- und Entladezyklus Entkopplung von thermischer Energieerzeugung und Stromerzeugung 14

15 Integration von Wärme/Kälte und Strom CSP zur Stromerzeugung mit thermischer Speicherung 2 Tanks 386/292 C Höhe 14m Durchmesser 38,5m Kapazität: 1010 MWh ~ 7,7h ~ 28500t Salz Andasol-Speichersystem (Quelle: Beyond Zero Emmissions) 15

16 Integration von Wärme/Kälte und Strom Systemintegration von Solarwärme, Windstrom und Biomasse 16

17 Integration von Wärme/Kälte und Strom Systemintegration von Solarwärme, Windstrom und Biomasse Marstal, Dänemark m² Kollektorfläche m³ Speichervolumen 23 MWth 1650 consumers Foto nur, wenn Freigabe vorliegt Quelle: Marstal Fjernvarme/ Kjærgaard Larsen 17

18 Integration von Wärme/Kälte und Strom Systemintegration von Solarwärme, Windstrom und Biomasse Marstal, Dänemark Speicherbau Quelle: Marstal Fjernvarme/ Kjærgaard Larsen 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Vortragender: Dr. Wolfgang Kramer 19

20 BACKUP Investitionskosten großer thermischer Wasserspeicher in D Investment cost per m³ water-equivalent [Euro/m³] Ilmenau (HW-GRP) Crailsheim Rottweil (HW) Kettmannhausen (HW-GRP) Steinfurt Stuttgart (K/W) Hannover (HW-HDC) Hamburg Bielefeld 150 Munich Berlin- Biesdorf 100 Chemnitz Friedrichshafen (HW) Neckarsulm 50 (1. phase) Potsdam Rostock Crailsheim ,000 10, ,000 Storage volume in m³ water-equivalent [m³] realized study hot-water (HW) gravel/water (GW) BTES ATES GRP: glass-fiber reinforced plastic; HDC: high-density concrete; ATES: Aquifer Thermal Energy Storage BTES: Borehole Thermal Energy Storage Quelle: Solites/ Mangold 20