IEA SHC Task 58/ECES Annex 33: Thermische Energiespeicher – vom Material zur Komponente. Artikel in der Zeitschrift „nachhaltige technologien“ Ausgabe 2019-4

Bei der Entwicklung von Energiespeichern ist die Erhöhung der Speicherkapazität ein wesentlicher Faktor. Die Speicherkapazität ist grundsätzlich eine Materialeigenschaft, doch Eigenschaften der Speicherkomponente wie die Be- und Entladeleistung, Speicherwirkungsgrad, Speicherdauer und Speicherkosten stehen in engem Zusammenhang mit der Anwendung und den Betriebsbedingungen.

Untersuchungen der IEA-Arbeitsgruppe haben ergeben, dass die Kosten für das Speichermaterial zwischen 10% und 20% der Komponentenkosten ausmachen. Aufgrund des engen Zusammenhangs zwischen Speicherkomponente und der aktuellen Anwendung sollte schon bei der Materialentwicklung und bei der Auslegung der Speicherkomponenten die Anwendung mit ihren Betriebsbedingungen berücksichtigt werden. Geht man von einer Speicherung solarthermischer Wärme bei 95°C bei einer Umgebungstemperatur im Sommer von 30°C und einer Entladetemperatur von 38°C bei einer Umgebungstemperatur im Winter von 1°C aus, erreicht man beispielsweise eine Kapazität von 9 kWh/m³. Durch eine Erhöhung der Ladetemperatur auf 200°C, die z. B. elektrisch aus einer PV-Anlage bereitgestellt werden kann, wurde eine Kapazität von 135 kWh/m³ erreicht (Benjamin Fumej et al., Building application specific temperatures for the testing of phase change and thermo-chemical materials, components and systems, Renewable & Sustainable Energy Reviews, Elsevier, 2019, to be published).

Für die Realisierung thermochemischer Energiespeicher wird das Design der Speicherkomponenten deutlich komplexer, da neben dem Wärmeübergang auch der Stoffübergang ermöglicht werden muss. Bei der Speicherreaktion müssen zwei Stoffe getrennt und zusammengeführt werden, wobei gleichzeitig Wärme zu- bzw. abgeführt werden muss. Beides soll effizient und auf kleinstem Raum umgesetzt werden, damit hohe Leistungen und Speicherkapazitäten erreicht werden.

Ziel der aktuellen Aktivitäten ist es, so früh wie möglich potenzielle Speichermaterialien realistisch beurteilen zu können. Der Fokus soll dabei vermehrt auf der Interaktion zwischen Material und Speicherkomponente liegen.