Thermochemischer Wärmespeicher
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Thermochemische Wärmespeicher speichern Wärme durch endotherme Reaktionen und geben sie durch exotherme Reaktionen wieder ab.
Ein Beispiel eines Thermochemischen Wärmespeichers ist der Sorptionsspeicher: Ein Tank enthält Granulat aus Silikagel, das hygroskopisch, stark porös ist und deshalb eine große innere Oberfläche hat (ein Gramm hat die innere Oberfläche eines halben Fußballfeldes). Silikagele haben die Eigenschaft, Wasserdampf anzuziehen und an ihrer Oberfläche anzulagern (Adsorption), wobei Wärme frei wird. Umgekehrt muss zum Trocknen von Silikagelen (Desorption) Wärmeenergie aufgewendet werden.
Das Silikagel ist in Granulatform in einem Kessel, in dem sich ein Wärmeübertrager befindet. Unter Energieaufwand wird im Sommer das Silikagel getrocknet und es steht unter hoher innerer Spannung. Im Winter wird es ein wenig belüftet und Schritt für Schritt auf den Wasserdampf-Partialdruck der Umgebung gebracht. Die entstehende Wärme wird genutzt.
Der Vorteil von thermochemischen Wärmespeichern gegenüber konventionellen Wärmespeichern in Form eines Wassertanks liegt in ihrer höheren Speicherdichte von 200 bis 300 Kilowattstunden pro Kubikmeter gegenüber nur etwa 60 kWh/m³ bei Wasser. Außerdem kann die Energie über Jahre verlustfrei gespeichert werden.
Neben Silikagelen können auch Metallhydride oder Zeolithe als Wärmespeicher verwendet werden, die jedoch höhere Betriebstemperaturen benötigen.
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[Bearbeiten] Zahlen und Fakten
Wärmekapazität:
- ca. 250 kWh/m³ (praktisch in Pilotanlagen erreichbar: ca. 130 kWh/m³)
Arbeitstemperatur:
- Metallhydride: 280-500 °C
- Silikagel: ca. 40-100 °C
- Zeolith: ca. 130- 300 °C
[Bearbeiten] Anwendungen
Die meisten Anwendungen für Thermochemische Wärmespeicher befinden sich noch in der Entwicklung. Erkennbar ist jedoch ein breites Spektrum von Einsatzgebieten:
- Saisonale Speicherung solarer Wärme: Sommerliche Wärme wird mittels Solarthermie eingefangen und im Winter zur Raumbeheizung und Warmwasserbereitung genutzt.
- Lastausgleich in Fernwärmenetzen: In Niederlastzeiten – nachts und am Wochenende – nimmt der Speicher Fernwärme auf, zu Spitzenlastzeiten liefert er die Wärme anstelle des Fernwärmenetzes.
- Luftentfeuchtung in Hallenbädern: Der Speicher nimmt Feuchtigkeit aus der Hallenluft auf und erwärmt die Luft gleichzeitig; überschüssige Wärme eines BHKW regeneriert den Speicher.
- Kälte für Raumklimatisierung: Der Sorptionsspeicher adsorbiert Wasser bei Unterdruck; das restliche Wasser kühlt durch die entzogene Verdampfungsenthalpie ab. Die Sorptionswärme kann zusätzlich genutzt werden.
- Adsorptionswärmepumpe: Der Speicher dient als Kurzzeit-Puffer für Solarwärme und wird mittels eines Erdgasbrenners regeneriert.
Thermochemische Wärmespeicher haben derzeit (2006) noch hohe Investitionskosten. Dementsprechend werden verstärkt Speichersysteme erforscht, die Wärme nicht über Monate, sondern bloß über Stunden speichern. Ziel ist, den Speicher häufiger zu nutzen und damit den Betriebskostenvorteil des einzelnen Speichervorgangs zu vervielfachen.
