Rückschau

Jülich, Nordrhein-Westfalen - 2020

multiTESS – der multifunktionale thermische Stromspeicher

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Innovatives, multifunktionales Power-to-1000°C-to-Power & Heat-Konzept
Zum Ausgleich der Volatilität der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien werden u. a. Stromspeicher benötigt. Für eine dezentrale und flexible Strom- und Wärmeversorgung wird vom Solar-Institut Jülich das Speicherkonzept multiTESS (multifunktionaler thermischer Stromspeicher) entwickelt. Der thermische Stromspeicher von multiTESS kann Hochtemperaturwärme bei bis zu 1000  °C speichern. Als Wärmequellen können eine elektrische Heizung oder Abwärme genutzt werden. Ebenso kann das Ausspeichern flexibel gestaltet und sowohl Strom als auch Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus bereitgestellt werden. Das multiTESS-Konzept wird erstmals im Verbundprojekt TESS 2.0 in Form einer Versuchsanlage realisiert. Das vom BMWi geförderte Projekt profitiert dabei von den Expertisen der Industriepartner Dürr Systems AG, Kraftanlagen München GmbH und Otto Junker GmbH.

Thermische Speicher: Ein Schlüssel zur Energiewende
Die Energiewende schafft neue Herausforderungen: Die nicht bedarfsgerechte und volatile Stromerzeugung aus erneuerbare Energien, wie z.  B. Photovoltaik und Windkraft, kann zu Stromüberschuss sowie Stromknappheit führen. Durch die zeitliche Entkopplung von Angebot und Nachfrage können Speicher dem entgegenwirken und so für die Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit sorgen. Eine alleinige Stromwende ohne Wärmewende ist allerdings nicht ausreichend. Vielmehr ist die Verknüpfung von erneuerbarer Strom- und Wärmeerzeugung notwendig. Zur Realisierung dieser Sektorenkopplung bieten thermische Speicher eine Lösung an. Mithilfe von Hochtemperaturspeichern lässt sich neben der Wärmeabgabe auf unterschiedlichen Temperaturniveaus auch eine Rückverstromung durch verschiedene Wärmekraftmaschinen realisieren. Die Einbeziehung thermischer Speicher bietet zudem die Möglichkeit der Dezentralisierung der Energieversorgung.

Das multifunktionale Speicherkonzept multiTESS
multiTESS ist ein multifunktionales Power-to-Power&Heat-Konzept. Im Zentrum des Konzepts steht ein thermischer Speicher mit bis zu 1000  °C heißen keramischen Wabensteinen, welche mit Luft als Wärmträgermedium be- und entladen werden. Die Multifunktionalität von multiTESS begründet sich in der flexiblen Wahl der Wärmequelle und -senke (vgl. Abbildung  1).

Als Wärmequelle dient industrielle Abwärme oder eine elektrische Heizung, die mit Überschussstrom aus erneuerbaren Energien betrieben werden kann. Um die Versorgungssicherheit während Dunkelflauten zu gewährleisten, kann das System kostengünstig mit einer Zusatzfeuerung unter Einsatz eines regenerativen Brennstoffs betrieben werden. Die Wärmesenke kann je nach Bedarf ebenfalls flexibel gestaltet werden. Die Hochtemperaturwärme kann zur Stromerzeugung genutzt werden und mit einer Kaskadierung der Prozessführung ist es möglich, Prozesswärme auf verschiedenen Temperaturniveaus zu entkoppeln. Die Multifunktionalität von multiTESS erlaubt eine flexible Einsatzmöglichkeit des Speichersystems. So kann multiTESS sowohl im Quartiersbereich und der Industrie als auch in Heizkraftwerken integriert werden.

Projekt TESS 2.0: Realisierung von multiTESS
Im Projekt TESS 2.0 wird erstmals die Nutzungskette Power-to-Power&Heat des multiTESS-Konzepts in Form einer Pilotanlage abgebildet (vgl. Abbildung  2 und 3).

Im Fokus des Projekts TESS 2.0 stehen dabei die Erzeugung und Prozessführung von 1000  °C heißer Luft, die Speicherung der Hochtemperaturwärme sowie die Einbindung der Rückverstromung. Für die Erzeugung der Hochtemperaturwärme hat der Projektpartner Otto Junker GmbH ein innovatives Heizungskonzept entwickelt, das deutlich über den Stand der Technik von 750  °C hinausgeht. Die Konzeptionierung sowie der Bau des ebenfalls neuartigen Keramikspeichers wurde durch Dürr System AG durchgeführt. Die Detailplanung des Anlagenkonzeptes wurde maßgeblich von der Kraftanlagen München GmbH realisiert. Das Solar-Institut Jülich ist Initiator des Projektes, fungiert als Projektkoordinator, ist verantwortlich für das Gesamtkonzept und führt nach Fertigstellung der Anlage die wissenschaftlichen Untersuchungen durch. Während der Versuche soll das Betriebsverhalten der einzelnen Komponenten untersucht und deren Prozessführung im Gesamtsystem optimiert werden. Das Ziel des Projekts ist es, aus der Kombination der Einzelkomponenten ein innovatives und primärenergieeinsparendes Gesamtsystem zu realisieren.

Projektdaten

• Durchführungszeitraum: 2017-2020
• Projektkonsortium: Solar-Institut Jülich der FH Aachen, Dürr Systems AG, Kraftanlagen München GmbH, Otto Junker GmbH
• Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
• Umsetzung eines Power-to-1000°C-to-Power&Heat-Konzeptes, insbesondere:
  • Entwicklung einer el. Hochtemperatur-Heizung
  • Entwicklung eines Hochtemperatur-Keramikspeichers      
  • Demonstration der gesamten Nutzungskette