„nachhaltige technologien 04 | 2024"

Annelis Vandersickel, Kevin Ludwig, Franz Hengel I Die CHESTER Anlage am DLR - eine innovative Carnot Batterie mit einem Dual-Tube Latent-Wärme- speicher für einen flexiblen und optimierten Prozess Foto: DLR Funktionsweise und Wirkungsgrade einer idealen Carnot-Batterie Quelle: DLR Zwischen Strom und Wärme: Sektoren koppeln mit Carnot-Batterien 1 Latent-Wärmespeicher nutzen ein Phasenwechselmaterial als Speichermedium, das bei einem Phasenübergang (beispielsweise fest-flüssig) Wärme aufnehmen bzw. abgeben kann. Sensible Wärmespeicher nutzen zum Beispiel Wasser, Beton oder Erde als Speichermedium. Durch Wärmezufuhr erhöht sich die Temperatur des Speichermediums. m Jahr 2024 feiern wir ein bedeutsames Jubiläum in der Thermodynamik: den 200. Jahrestag der Ver- öffentlichung über die Effizienz der Dampfmaschine von Sadi Carnot. Seine Arbeit legte die Basis für unser heutiges Verständnis thermodynamischer Prozesse. Die Carnot-Batterie als fortschrittliche Speicher- technologie verbindet historische Erkenntnisse mit zukünftigen Möglichkeiten in der Energieversorgung. Funktionsweise der Carnot-Batterie Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien, die che- mische Prozesse zur Speicherung von Energie nutzen, basiert die Carnot-Batterie auf der Speicherung von elektrischer Energie in Wärme. Dafür wird Strom beispielsweise mittels einer Widerstandsheizung oder einer Hochtemperaturwärmepumpe in Wärme gewandelt (Power to Heat). Diese wird bei Tempera- turen von etwa 100 °C bis zu 1200 °C in einem ther- mischen Energiespeicher (Thermal Energy Storage, TES) gespeichert. Zum Einsatz kommen preisgünstige und umweltverträgliche Medien wie Salzschmelzen, Steine oder Phasenwechselmaterialien (PCM). Bei Bedarf wird über eine Wärmekraftmaschine (z.B. Dampf- bzw. Gasturbine) die Wärme wieder rückver- Cold TES Hot TES Efficiency of an ideal heat engine W out = . Q hot T H – T C T H Efficiency of an ideal heat pump Q hot = . W in T H – T C T H HP HE Q hot W in Q in Q out W out stromt. Optional kann die gespeicherte thermische Energie auch direkt genutzt werden, um zum Beispiel industrielle Prozesswärme zur Verfügung zu stellen. Es besteht auch die Möglichkeit, Abwärme direkt in den thermischen Speicher der Carnot-Batterie zu integrieren. Dies ermöglicht eine sektorübergreifen- de Nutzung sowohl für den Strom- als auch für den Wärmesektor.