ISSDEMO steht für “Industrial process Steam Supply – DEMOnstration of an ultradynamic thermal energy storage“ und verfolgt das Ziel, den Anteil erneuerbarer Energien in der industriellen Prozesswärmeerzeugung zu erhöhen. Der Fokus liegt dabei auf Wärmespeicherung zur Erzeugung von Prozessdampf, einem wesentlichen Bestandteil vieler industrieller Prozesse.
Hierfür wird ein Hochtemperatur-Latentwärmespeicher bis zur Anwendungsreife entwickelt, der auf einem so genannten Phasenwechselmaterial (PCM = Phase Changing Material) basiert, in diesem Fall einer speziellen Metalllegierung, die ihren Aggregatszustand von fest nach flüssig und umgekehrt wandelt. Er kann Wärme mit einem Temperaturniveau zwischen 250 und 500 °C bereitstellen und daraus Dampf erzeugen.
Speicher bietet hohe Flexibilität
Der Speicher soll eine hohe Flexibilität und Dynamik bieten, was ihn ideal für die schnelle, bedarfsgerechte Erzeugung von Prozessdampf macht. Er soll im Projekt auf eine Kapazität von 1 MWh skaliert werden. Die Demonstrationsanlage wird am Hauptsitz der Bitburger Braugruppe in Bitburg errichtet und in das dortige Prozesswärmenetz eingebunden.
„Das Thema Energiespeicherung ist bei uns in der Bitburger Brauerei nicht neu. Seit vielen Jahren betreiben wir erfolgreich Dampf- und Warmwasserspeicher. Ebenso nehmen wir am Regelenergiemarkt teil, was wir weiter intensivieren wollen. Dafür soll der phasenweise zu erwartende Überschussstrom aus den eigenen regenerativen Energien oder dem Netz im geplanten Latent-Wärmespeicher gepuffert und bei Bedarf als Prozessdampf abgegeben werden. Die Batch-Fahrweise im Braubetrieb führt zu teilweisen Spitzen im Dampfverbrauch, die durch einen schnell reagierenden Latent-Wärmespeicher neben dem vorhandenen Dampfspeicher geglättet werden können. Damit entlasten wir vor allem unser Kesselhaus. Für uns ist der Hochtemperatur-Wärmespeicher daher ein weiterer innovativer Ansatz zur Dekarbonisierung der Brauerei“, erklärt Christian Prechtl, leitender Projektingenieur Anlagenplanung bei der Bitburger Braugruppe.
Im Projektbetrieb sollen zunächst 300 Lade- und Entladezyklen und 1000 Betriebsstunden absolviert werden. Felix Kugler, Gruppenleiter Thermische Speicher und Prozesswärme bei Fraunhofer UMSICHT beabsichtiget, den Speicher gemeinsam mit einem Anlagenhersteller zur Marktreife zu bringen. Der Wissenschaftler geht davon aus, dass sich in einer industrialisierten Version nahezu unbegrenzte Lade- und Entladezyklen und damit sehr lange Betriebszeiten realisieren lassen.
Prinzip der Phasenumwandlung
Die Forschenden von Fraunhofer machen sich bei der Entwicklung des Latent-Wärmespeichers das Prinzip der Phasenumwandlung zu Nutze. Wenn Materialien eine Änderung ihres Aggregatszustands durchlaufen, zum Beispiel von fest zu flüssig, können sie in ihrem Phasenwechsel sehr große Energiemengen in Form von Wärme speichern. Solange die Phasenumwandlung nicht vollständig abgeschlossen ist, steigt die Temperatur des Materials trotz Wärmezufuhr nicht weiter an, die zugeführte Wärme bliebt verborgen (lateinisch: latere). Dies ermöglicht eine höhere Energiedichte im Vergleich zu sensiblen Hochtemperatur-Wärmespeichern, die als Speichermaterialien Feststoffe wie Beton oder Schotter nutzen, ihre Temperatur aber ändern müssen, um Wärme zu speichern.
