Energiespeicher: Wärme und Strom
Die hohen Anteile fluktuierender Energiequellen in einem zukünftigen, überwiegend auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystem erfordern den umfassenden Einsatz effizienter Techniken zur Speicherung von Energie. Verschiedene DLR-Institute erforschen und entwickeln sowohl elektrochemische Speicher für Strom (sprich Batterien) als auch thermische und thermochemische Speicher für Wärme.
Die Arbeiten erfolgen überwiegend im DLR-Institut für Technische Thermodynamik. Außerdem beteiligen sich das DLR-Institut für Werkstoff-Forschung, das DLR-Institut für Solarforschung, das DLR-Institut für Verbrennungstechnik, das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme und das DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse.
Elektrochemische Speicher
Unsere Forschungsarbeiten zu Batterien widmen sich sowohl der Weiterentwicklung der bekannten Lithium-Ionen-Technik als auch der Entwicklung von Batterien der nächsten und übernächsten Generation wie Lithium-Schwefel- und Metall-Luft-Batterien. Darüber hinaus führt das DLR umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Batterien durch und untersucht gemeinsam mit den DLR-Forschungsbereichen Verkehr, Raumfahrt und Luftfahrt die Integration von Batterien in komplexe Systeme.
Thermische und thermochemische Speicher
Die Speicherung von Wärme kann rein physikalisch in Form von sensibler Wärme (Temperaturdifferenz), latenter Wärme (Phasenwechselenergie) oder auch durch die Nutzung reversibler chemischer Reaktionen (Reaktionsenergie) erfolgen. Insbesondere das DLR-Institut für Technische Thermodynamik widmet sich diesen Ansätzen.
Der Fokus liegt auf der Speicherung von Hochtemperaturwärme zwischen 100 und 1.000 Grad Celsius, die für industrielle und energiewirtschaftliche Anwendungen benötigt wird. Ziel ist es, kostengünstige und langlebige Techniken zu entwickeln, die sich auch im großen Maßstab einsetzen lassen. In Kraftwerken und Industrieprozessen kann so die Energieeffizienz erhöht und ein flexiblerer Betrieb ermöglicht werden. Ergänzt werden die Arbeiten um die Forschung an Hochtemperatur-Wärmeübertragern. Darüber hinaus werden sogenannte Power-to-heat-Technologien erforscht, die Wärme aus Strom bereitstellen und somit zur Flexibilisierung des Energiesystems beitragen.
Im Rahmen des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) arbeitet das DLR in enger Kooperation mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden Württemberg (ZSW) und der Universität Ulm an der numerischen Simulation der komplexen Elektrochemie in Batterien und Brennstoffzellen.
Das Speichersystem Carnot Batterie
Nachhaltige Energiequellen liefern bereits heute Strom in großen Mengen, der nicht immer sofort verwendet wird. Eine Carnot-Batterie bietet die Möglichkeit, Strom als Wärme zu speichern. Das Speichersystem wandelt im ersten Schritt den Strom in Wärme um. Dann wird die Wärme unter Zuhilfenahme von Salzschmelzen oder Hochtemperaturkeramikeingespeichert und anschließend mit einer Dampf- oder Gasturbine zu Strom umgewandelt. Der Prozess wird auch als Power-to-Heat-to-Power-Technologie bezeichnet.