Stromspeichern in Form von Flüssigluftenergiespeichern kommt in einem flexiblen Energiesystem eine entscheidende Rolle zu. Die Projektpartner von Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe und der Ruhr-Universität Bochum forschen gemeinsam an diesen Systemen, die in konventionelle Kohle- und Erdgaskraftwerke eingebunden sowie als reine Stromspeichertechnologie genutzt werden können. Sie optimieren nicht nur die technischen Komponenten sondern beschäftigen sich auch mit Fragen der Wirtschaftlichkeit und der Ökobilanz.

Projektkontext

Der große Vorteil von Flüssigluftenergiespeichern im Vergleich zu Pumpspeichern ist, dass sie nahezu unabhängig von den örtlichen Gegebenheiten dort installiert werden können, wo sie benötigt werden. So lassen sich diese Speicher beispielsweise in Norddeutschland, wo Berge für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken fehlen, einsetzen, um überschüssigen Windstrom zu speichern.

Erste Untersuchungen zu der Speichertechnologie erfolgten bereits in den 70er und 90er Jahren. Doch bis in die 2010er Jahre ist das Konzept nicht weiterentwickelt worden. Erst im Zuge des vermehrten Ausbaus erneuerbarer Energien und dem damit einhergehenden Bedarf an großen Energiespeichern rückte die LAES-Technologie (englisch Liquid Air Energy Storage, kurz LAES) wieder in den Fokus der Wissenschaft.

Unterstützt werden die Projektteams von Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe und der Ruhr-Universität Bochum durch die Partner LEAG, RWE und Uniper, die mit ihrer Erfahrung als Anlagenbetreiber im Energiesektor einen wichtigen Beitrag für eine marktnahe Entwicklung der LAES-Technologie leisten.

Forschungsfokus

Flüssigluftenergiespeicher befinden sich noch in der Entwicklungsphase. Insbesondere bei Kältespeichern und Turbinen sowie der Prozessintegration bestehen weiterhin große Entwicklungspotenziale. Hier setzt das Forschungsvorhaben Kryolens - Kryogene Luftenergiespeicherung an. Mit Blick auf den Energiemarkt sind verschiedene erfolgversprechende LAES-Speichervarianten definiert worden, die weiterentwickelt werden sollten. Neben einer Hybrid-Speicherlösung mit Brennstoffzufeuerung in Kombination mit einer Gasturbine, richtet sich das Augenmerk der Forscherteams auf LAES-Speicher, die mit großen Photovoltaikanlagen oder konventionellen Kohle- und Erdgaskraftwerken kombiniert werden können. Das Projektteam optimiert aber nicht nur die technischen Komponenten. Es beschäftigt sich auch mit Fragen der Wirtschaftlichkeit und der Ökobilanz. So führten sie bereits ein Benchmark durch, bei dem die Kosten einer LAES-Variante mit denen der konkurrierenden Lithium-Ionen-Batterietechnologie verglichen worden sind.

Ziel des Forschungsverbundes Kryolens ist es, Prozessvarianten zu entwickeln und zu optimieren. Außerdem sollen die benötigten Komponenten für den LAES-Prozess identifiziert und verbessert werden und neben der Wirtschaftlichkeit eines Flüssigluftenergiespeichers auch dessen Ökobilanz untersucht werden.

Innovation

Das Forschungsprojekt Kryolens vereint erstmals verschiedene Fachdisziplinen von der Prozesstechnik, über Turbomaschinen und Thermodynamik bis hin zur Energiewirtschaft. Es kombiniert diese mit der Erfahrung im industriellen Umfeld eines etablierten Energieanlagenbauunternehmens und der Markterfahrung im Energiesektor der beteiligten Anlagenbetreiber. Somit ist es möglich die Technologie umfassend vor technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten zu bewerten und dahingehend weiter zu entwickeln, dass in einem nächsten Schritt die Demonstration einer LAES-Anlage möglich wird.

Ergebnisse

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickelten bereits vielversprechende Speicher-Optionen und führten Prozesssimulationen durch, bei denen die Reduktion der Investitionskosten im Mittelpunkt stand. Sie prüften beispielsweise verfügbare Turbomaschinen auf ihren Einsatz in einem LAES, um Entwicklungsaufwand und Kosten zu sparen. Verschiedene Bauteile passten sie für den Einbau in die innovative Speichertechnologie an. Dazu gehörte unter anderem ein Hochtemperaturwärmetauscher für die Rückverstromung. Daneben führten sie erste wirtschaftliche und ökobilanzielle Bewertungen durch und zeigten, dass Flüssigluftenergiespeicher im Vergleich zu anderen Speichertechnologien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, konkurrenzfähig sein können.

Bei der Entwicklung des Kältespeichers besteht weiterer Forschungsbedarf in Form zusätzlicher Tests der gewonnenen Ergebnisse. Im Anschluss an das Projekt wäre es wünschenswert, die LAES-Technologie in einer Pilotanlage zu demonstrieren.