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StartseiteForschung aktuellGebunkerte Hitze14.10.2008

Gebunkerte Hitze

Betonblöcke als Wärmespeicher für Solarkraftwerke.

Umwelt. - Solarthermie verspricht in sonnenreichen Ländern eine sinnvolle Art der Energieerzeugung zu werden, die eines Tages sogar den Preiskampf mit konventionell erzeugtem Strom aufnehmen kann. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart forschen an einfachen und kostengünstigen Möglichkeiten, den Sonnenstrom auch über Nacht zu speichern. Sie testen die Kapazität von Betonblöcken.

Von Ralf Krauter

Die eingefangene Sonnenenergie soll auch über Nacht gespeichert werden. (DLR)
Die eingefangene Sonnenenergie soll auch über Nacht gespeichert werden. (DLR)

Doerte Laing, Expertin für Wärmespeicher beim deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, öffnet die graue Stahltür einer Hütte unweit des Universitätscampus in Stuttgart-Vaihingen. Den größten Teil des Raumes nimmt ein mannshoher Betonquader ein. Neun Meter lang ist der Koloss, fasrige gelbe Wärmedämmplatten umhüllen ihn. Obwohl es draußen frisch ist, herrschen hier Temperaturen wie in einem Heizungskeller. Laing:

"Wir haben hier einen großen Testspeicher stehen. Der Speicher selber hat etwa 20 Kubikmeter. Ist natürlich gut isoliert hier. Aber trotzdem. Der Speicher hat eine Temperatur von 400 Grad im beladenen Zustand. Und entsprechend haben wir an der Isolation draußen immer noch 30 bis 40 Grad. Wodurch die Hütte hier natürlich schön warm wird."

Die DLR-Forscher vom Institut für technische Thermodynamik verwenden den eingehüllten Betonklotz, um Wärmeenenergie eine Zeit lang zu bunkern und sie anschließend wieder abzurufen. Die Pilotanlage ist der Prototyp eines Wärmespeichers für thermische Solarkraftwerke, bei denen von der Sonne erhitztes Öl Dampfturbinen antreibt. Der 40 Tonnen-Quader aus Hochtemperaturbeton, wurde vom Projektpartner Züblin gegossen, einem großen Bauunternehmen. Durch parallele Röhren darin strömt 400 Grad heißes Öl. In einem sonnenreichen Land käme es aus den spiegelnden Kollektoren eines Solarkraftwerks. Bei den Tests in Stuttgart kommt es aus einem elektrischen Heizkessel. Laing:

"Das hier ist eine reine Versuchsanlage. Das heißt, wir erzeugen die Wärme elektrisch. Wir heizen ein Thermoöl auf, mit dem wir dann den Speicher beladen können."

Sechs Stunden lang heizt 400 Grad heißes Öl den Beton auf. Anschließend wird der Klotz 6 Stunden entladen, indem nur 350 Grad heißes Öl hindurch gepumpt wird und sich dabei erwärmt. Dieses zyklische Be- und Entladen des Wärmespeichers simuliert den künftigen Einsatz in einem Solarkraftwerk. Dort würde das vom Betonblock erhitzte Öl über einen Wärmetauscher noch Stunden nach Sonnenuntergang genügend Dampf erzeugen, um die Turbinen am Laufen zu halten. Bei den südspanischen 50 Megawatt-Kraftwerken Andasol, deren erstes demnächst in Betrieb gehen soll, wird überschüssige Hitze tagsüber in riesigen Tanks mit speziellen Salzlösungen gespeichert. Das funktioniert, ist technisch aber aufwändiger, als das heiße Öl einfach durch einen Betonklotz zu leiten. Den Messungen zufolge kann der massive Block in Stuttgart pro Kubikmeter 25 Kilowattstunden Wärmeenergie bunkern. Laing:

"Der Charme ist, dass wir diese Betonspeicher immer modular aufbauen werden. Also dieses Modul, was sie hier jetzt sehen, ist nur etwa ein Achtel eines späteren 1:1-Moduls. Aber von diesen größeren Modulen werden für einen Kraftwerksspeicher etwa 250 Module benötigt. Das heißt, man wird mehrere Module in Reihe und parallel schalten, um die gesamte Kapazität eines Kraftwerks einzuspeichern."

Weil die Technologie bestechend simpel ist, kann dabei eigentlich nicht viel schief gehen. Allein die Inbetriebnahme will mit Bedacht erfolgen. Wird ein Betonwärmespeicher erstmals über 100 Grad erhitzt, muss er nämlich das anfangs immer enthaltene überschüssige Wasser ausschwitzen. Laing:

"Das war wie in einer Dampfsauna, als wir diesen Speicher auf 140 Grad gefahren hatten. Innerhalb von zwei Tagen kamen hier wirklich Dampfschwaden hervor, so dass die Anwohner kamen und wir extra noch einen Zettel an die Tür geklebt haben: Ist nur Wasserdampf."

Die feinen Risse im Beton, die sich während der Schwitzkur gebildet haben, beobachtet Projektleiterin Doerte Laing genau. Würden sie durch den ständigen Hitzestress größer, wäre das schlecht. Momentan sieht es aber nicht danach aus. Laing:

"So dass wir sehr zuversichtlich sind, dass es keine Langzeitprobleme gibt. Aber natürlich wurde noch kein Betonspeicher über 20 Jahre betrieben. Ein gewisses Risiko bleibt bei solchen neuen Produkten immer."

Die Industrie ist trotzdem interessiert. Der Bau von Solarthermie-Kraftwerken boomt. Eine neue Technik, um einfach und preiswert Wärme für die Nacht zu bunkern, käme da gerade recht.

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