IEA ES Task 44: Kohlenstofffreie (industrielle) Wärme- und Stromversorgung

Die Zunahme erneuerbarer Energiequellen führt zu einer schwankenden Energieproduktion. Die Elektrifizierung der Wärmeversorgung stellt das Stromnetz zusätzlich vor Herausforderungen. Die Kopplung von Strom und Wärme mit Wärmespeichern trägt zur Stärkung der Resilienz des Stromnetzes bei und sorgt für eine stabile Energieversorgung. Dieses Projekt identifiziert und bewertet wärmeintegrierte Carnot-Batteriekonzepte zur Speicherung thermischer und elektrischer Energie und zur bedarfsgerechten Bereitstellung von Strom und thermischer Energie.

Kurzbeschreibung

Ziel des IEA ES Task 44 der Internationalen Energieagentur (IEA) ist es, die Rolle von Power-to-Heat (PtH) Anwendungen und wärmeintegrierte Carnot Batterie Systemen (PtHtP, siehe Abbildung) in der Dekarbonisierung von industriellen Prozessen und verbundenen Wärme- und Stromnetzen zu stärken. Dazu werden geeignete Systemkonzepte und Anwendungsfälle für unterschiedliche Technologiekonfigurationen identifiziert und bewertet. Folgende Entwicklungsschritte sind dafür im Gesamtprojekt vorgesehen:

Evaluierung von verfügbaren Modellen von Technologiekomponenten zur Energieumwandlung und Speicherung von Gesamtsystemen
Entwicklung von KPIs zur Technologie- und Systembewertung und Vergleich von Technologien und Systemen
Dokumentation von Demonstratoren und Anwendungen von PtH und PtHtP Systemen
Entwicklung von prototypischen Referenzszenarien, Technologiemapping auf neue Anwendungsfälle und techno-ökonomische Bewertung
Ausarbeitung von Empfehlungen für legislative Rahmenbedingungen zur Erhöhung des Umsetzungspotentials

Eine Carnot-Batterie (Power-to-Heat-to-Power-System) wandelt elektrische Energie in thermische Energie um und speichert diese über einen längeren Zeitraum, bevor die gespeicherte Energie wieder in elektrischen Strom umgewandelt wird. Carnot-Batterien dienen der langfristigen, saisonalen Speicherung von elektrischem Strom, aber auch Wärme, und können dadurch zur Stabilisierung des Stromnetzes und zur Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen beitragen. (aus dem Projekt)

Zur Darstellung des Status Quo werden aktuelle Anwendungen von PtH und PtHtP Technologien und Systemen mittels Factsheets dokumentiert. Systeme mit Sektorkopplungspotential auch in der Entladung (Kraft-Wärme-Kopplung, KWK) werden speziell berücksichtigt. Die folgende Abbildung zeigt ein aktuelles Anwendungsbeispiel. Eine Klassifizierung der Anwendungen (z.B. Industrieversorgung, kombinierte Industrie-/Wärmeversorgung, reiner Stromspeicher) liefert eine strukturierte Technologiedarstellung. Darauf aufbauend werden breitentaugliche, prototypische Referenzkonzepte entwickelt, welche das Anwendungspotential von Pth und PtHtP demonstrieren.

Das Ergebnis wird eine Sammlung von Referenzszenarien für unterschiedliche Anwendungen von PtH Technologien und PtHtP Systemen sein. Die Technologien der Referenzszenarien werden mittels KPIs vergleichbar dargestellt. Damit können zukünftige Anwendungsmöglichkeiten und Umsetzungen besser identifiziert werden. Techno-ökonomische Bewertungen aus dem internationalen Task ergänzen das Technologiemapping.

Anwendungsbeispiel ETES (Electro Thermal Energy Storage): multifunktionales Energiespeichersystem, das die Speicherung elektrischer Energie in Form von Warmwasser und Eis sowie die Rückumwandlung dieser thermischen Energie ermöglicht – ortsunabhängig und mit geringer Umweltbelastung. Turbomaschinen und der thermodynamische Kreisprozess sind das Herzstück des Systems. Darstellung des Entladezyklus. (MAN Energy Solutions SE)

Teilnehmende Staaten

Belgien, Dänemark, Deutschland (Leitung), Großbritannien, Italien, Japan, Niederlande, Österreich, Schweden, Schweiz, Spanien, USA

Kontaktadresse

DI Dr. Wolfgang Weiß
AEE – Institut für Nachhaltige Technologien
Feldgasse 19
8200 Gleisdorf
E-Mail: wo.weiss@aee.at