Bei der nachhaltigen Wärmeversorgung der Zukunft spielen Wärmespeicher eine zentrale Rolle, auch in urbanen Wärmenetzen. Um den vielfältigen Anforderungen und Varianten gerecht zu werden, werden vielerorts innovative Anlagen errichtet und an neuen Konzepten geforscht.

Deutschlands größter Stadtwärmespeicher in Berlin

Auf dem Gelände des von Vattenfall betriebenen Heizkraftwerks Reuter West in Berlin soll ab 2023 der bundesweit größte Stadtwärmespeicher in Betrieb gehen. Mit einer Höhe von 45 Metern und einem Durchmesser von 43 Metern wird er 56 Million Liter Heizwasser fassen. Der Speicher dient der Optimierung und Flexibilisierung der Wärmeerzeugung aus unterschiedlichen Wärmequellen. Eine davon ist eine Power-to-Heat-Anlage, welche bereits auf dem Reuter West Gelände in Betrieb genommen wurde. Zukünftig überschüssig erzeugter Windstrom wird als erneuerbare Wärme gespeichert und die Abschaltung der Windkraftanlage wird vermieden.

giga_TES – Weiterentwicklung von saisonalen Wärmespeichern

Im Projekt giga_TES haben 18 Projektpartner unter der Koordination von AEE Intec drei Jahre lang daran geforscht, sogenannte Erdbeckenspeicher für urbane Ballungsräume weiterzuentwickeln. Diese Speicher werden als Saisonalwärmespeicher genutzt, speichern beispielsweise die im Sommer erzeugte Solarwärme und stellen diese im Winter wieder zur Verfügung. Der größte Speicher dieser Bauart wird derzeit im dänischen Vojens betrieben und fasst ein Speichervolumen von 210.000 Kubikmeter. Damit werden rund 25 % des Wärmebedarfs der 8.000 Einwohner gedeckt.

Im Rahmen des Projektes wurden Wärmespeicher mit Speichervolumina zwischen 100.000 und 2 Millionen Kubikmetern betrachtet. Neben dem Volumen wurde zudem unterschiedliche Temperaturspreizungen untersucht. Aufgrund der Größe und Kosten solcher Speicher wurden Konzepte auf Basis nummerischer Modelle entwickelt und optimiert. Ein eigenes Kostentool zur Wirtschaftlichkeitsberechnung berechnet außerdem die spezifischen Speicherkosten (Levelised Cost of Storage, LCOS) für unterschiedliche Parameter.

Eine der Stellschrauben zur Weiterentwicklung im giga_TES Projekt war die Bautiefe der Erdbeckenspeicher, die bei den dänischen Vorbildern bei 5 bis 6 Metern liegt. Dafür haben die Projektpartner eine Wandkonstruktion aus sogenannten Dämmbohrpfählen entwickelt und patentieren lassen. Hierbei wird eine Dämmung aus Schaumglasschotter in die Bohrpfähle eingebracht. Diese können bis zu 50 Meter tief gebaut werden und isolieren den Speicher gegen das Erdreich und Grundwasser. Auch für die Abdeckung der Erdbeckenspeicher wurden patentierte Lösungen entwickelt. Sie müssen hohe und variierenden Temperaturen von innen, Witterung und UV-Licht von außen und dem sich, durch Temperaturänderungen, verändernden Wasserpegel standhalten. Zudem sollte die Fläche in urbanen Räumen nutzbar gemacht werden. Mit dem unter „Floating Cover 2.0“ benannten Konzept schwimmt die Abdeckung auf der Wasseroberfläche und kann als Park, Gewächshaus oder Solaranlage genutzt werden. Bei dem Konzept „Submerged Cover“ befindet sich die Abdeckung unter der Wasseroberfläche des Speichers und es entsteht ein künstlicher See, wodurch die genannten Anforderungen erfüllt werden können. Ebenfalls wurden neue, haltbarere Materialen aus speziell stabilisiertem Polypropylen für die Abdichtung entwickelt. Weitere Ergebnisse des Projektes sind verschiedene Hybridspeicher mit der Kombination aus klassischen Erdbeckenspeichern und Stahltanks.

Erdsonden-Wärmespeicher zur Speicherung von Abwärme

Ein weiteres Forschungsprojekt wird von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) am Forschungscampus „co-operate“ in Dübendorf bei Zürich realisiert. Hier soll ein unterirdischer, saisonaler Erdsonden-Wärmespeicher mit 144 Sonden entstehen und über 10 Jahre getestet werden. Durch eine gezielte Steuerung der einzelnen Erdsonden sollen Temperaturen, Wirkungsgrad und Speicherkapazität optimiert werden. Gespeichert werden sollen bis zu 90 % der Abwärme von beispielsweise Lüftungen oder Laboren.

Text und Bild: Solites

Quellen:
www.energie-und-management.de/Wärmepeicher_Berlin
www.solarserver.de/giga_TES
www.solarserver.de/erdsondenspeicher_empa