GridScale: Erneuerbare Energie in Steinen statt in Lithiumbatterien speichern

THEMEN:
Universität Aarhus,Batterietechnologie,Energie,Grüne Energie,Beliebt
Von AARHUS UNIVERSITY 6. MAI 2021

Bei Stromüberschuss aus Wind oder Sonne wird der Energiespeicher geladen. Dies geschieht durch ein System aus Kompressoren und Turbinen, das Wärmeenergie aus einem oder mehreren mit kühlen Steinen gefüllten Speichertanks in eine entsprechende Anzahl von mit heißen Steinen gefüllten Speichertanks pumpt. Dadurch werden die Steine ​​in den kalten Tanks sehr kalt, während es in den heißen Tanks sehr heiß wird, bis zu 600 Grad. Bildnachweis: Claus Rye, Stiesdal Storage Technologies

Mit dem Bau der Demonstrationsanlage GridScale ist das Konzept der Speicherung erneuerbarer Energie in Steinen der Verwirklichung einen Schritt näher gekommen. Die Anlage wird mit einer Kapazität von 10 MWh der größte Stromspeicher Dänemarks sein. Das Projekt wird durch das Energy Technology Development and Demonstration Program (EUDP) der dänischen Energieagentur finanziert.
Erbsengroße Steine, die in großen, isolierten Stahltanks auf 600°C erhitzt werden, sind das Herzstück eines neuen Innovationsprojekts, das einen Durchbruch bei der Speicherung von intermittierendem Wind- und Sonnenstrom zum Ziel hat.

Die Technologie, die elektrische Energie als Wärme in Steinen speichert, heißt GridScale und könnte eine kostengünstige und effiziente Alternative zur Speicherung von Strom aus Sonne und Wind in Lithium-basierten Batterien werden. Während Lithiumbatterien nur für kurze Zeiträume von bis zu vier Stunden wirtschaftlich sind, unterstützt ein GridScale-Stromspeicher die Stromversorgung über längere Zeiträume – bis zu etwa einer Woche – kostengünstig.

„Die einzige wirkliche Herausforderung beim Aufbau einer 100-prozentigen erneuerbaren Stromversorgung besteht darin, dass wir den bei windigen und sonnigen Wetter erzeugten Strom nicht für eine spätere Nutzung speichern können. Nachfrage und Produktion folgen nicht dem gleichen Muster. Es gibt noch keine kommerziellen Lösungen für dieses Problem, aber wir hoffen, dies mit unserem GridScale-Energiespeichersystem liefern zu können“, sagt Henrik Stiesdal, Gründer des Klimatechnologieunternehmens Stiesdal Storage Technologies, das hinter der Technologie steht.

Kurz gesagt geht es bei der GridScale-Technologie um das Erhitzen und Kühlen von Basalt, der in einem oder mehreren isolierten Stahltanks zu winzigen, erbsengroßen Steinen zerkleinert wird. Geladen wird der Speicher über ein System aus Kompressoren und Turbinen, das bei Überschussstrom durch Wind oder Sonne Wärme aus einem oder mehreren mit kühlen Steinen gefüllten Speichertanks in eine ähnliche Anzahl von mit heißen Steinen gefüllten Speichertanks pumpt.

Dies bedeutet, dass die Steine ​​in den kalten Tanks sehr kalt werden, während sie in den heißen Tanks sehr heiß werden; tatsächlich bis zu 600°C. Die Wärme kann über viele Tage in den Steinen gespeichert werden und die Anzahl der steingefüllten Tanks kann je nach gewünschter Lagerdauer variiert werden.

Wenn wieder Strom nachgefragt wird, kehrt sich der Prozess um, so dass die Steine ​​in den heißen Tanks kälter werden, während sie in den kalten Tanks wärmer werden. Das System basiert auf einem kostengünstigen Speichermaterial und einer ausgereiften, bekannten Technik zum Laden und Entladen.
„Basalt ist ein billiges und nachhaltiges Material, das auf kleinem Raum viel Energie speichern kann und unzähligen Ladungen und Entladungen des Speichers standhält. Wir entwickeln jetzt einen Prototyp für die Speichertechnologie, um den Weg zur Lösung des Problems der Speicherung erneuerbarer Energien aufzuzeigen – eine der größten Herausforderungen für die Entwicklung nachhaltiger Energie weltweit“, sagt Ole Alm, Entwicklungsleiter bei der Energiekonzern Andel, der ebenfalls Teil des Projekts ist.

Der GridScale-Prototyp wird der größte Speicher im dänischen Stromsystem sein, und eine große Herausforderung wird darin bestehen, die Speicherflexibilität auf den Strommärkten bestmöglich zur Verfügung zu stellen. Folglich wird dies auch Teil des Projekts sein.

Der genaue Standort des Prototypenlagers steht noch nicht fest. Auf jeden Fall aber im Osten Dänemarks in Süd- oder Westseeland oder auf Lolland-Falster, wo vor allem die Produktion aus neuen großen PV-Anlagen schneller wächst, als der Verbrauch mithalten kann.
Der vollständige Name des Innovationsprojekts lautet „GridScale – kostengünstige Stromgroßspeicherung“ und läuft über drei Jahre mit einem Gesamtbudget von 35 Mio. DKK (4,7 Mio. EUR). Das Projekt wird mit DKK 21 Mio. (EUR 2,8 Mio.) aus dem Energy Technology Development and Demonstration Program (EUDP) gefördert.

Die Partnergruppe umfasst neben den Firmen Stiesdal und Andel die Universität Aarhus (AU), die Technische Universität Dänemark (DTU), Welcon, BWSC (Burmeister Wain Scandinavian Contractor), Energi Danmark und Energy Cluster Denmark.

Die Partner werden eine Energiesystemanalyse und Designoptimierung für einen Steinspeicher durchführen sowie die technischen Konzepte optimieren und die GridScale-Technologie zu einer marktreifen skalierbaren Lösung reifen lassen.

So wird beispielsweise das von AU entwickelte europäische Energiesystemmodell mit dem von DTU entwickelten Modell zur Optimierung von Turbinen kombiniert, um Einblicke in die potenzielle Rolle des Steinspeichers im europäischen Kontext zu gewinnen und das Design zu optimieren:

„Der Umstieg auf erneuerbare Energien verändert die Funktionsweise des Energiesystems – ganz einfach, weil Wind- und Sonnenenergie nicht unbedingt dann produziert werden, wenn wir sie brauchen. Daher gilt es herauszufinden, wie das technische Design am besten an das Energiesystem angepasst werden kann und in welchen Ländern und wann im grünen Übergang die Technologie den größten Wert hat. Wir werden versuchen, die Kombination von Energietechnologien zu identifizieren, die den größten Wert für die Speicherlösung bietet. Ich denke, dass die Steinspeichertechnologie an vielen Orten auf der Welt ein riesiges Potenzial hat und bei der grünen Umstellung von großem Vorteil sein könnte“, sagt Associate Professor Gorm Bruun Andresen vom Department of Mechanical and Production Engineering der Universität Aarhus.