Thermische Energiespeicher
Stand: Juni 2024
Die thermische Energiespeicherung ist ein Prozess, bei dem Wärmeenergie in einem Medium gespeichert wird, um sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzurufen und zu nutzen.
Gerade bei größeren Quartierslösungen können thermische Energiespeicher einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung leisten, in dem sie überschüssige Wärmeenergie aus erneuerbaren Energiequellen wie Solarthermie oder Biomasse zwischenspeichern und bei Bedarf wieder abgeben. Sie bieten damit die Möglichkeit, Schwankungen in Angebot und Nachfrage für Wärme flexibel vor Ort auszugleichen.
Arten thermischer Speicher
Grundsätzlich ist auf der Quartiersebene zwischen drei Arten von Energiespeichern zu unterscheiden, darunter sensible Wärmespeicher, Latentwärmespeicher und thermochemische Speicher:
- Sensible Wärmespeicher speichern Wärmeenergie durch Erhöhung der Temperatur eines Mediums wie Wasser oder Luft.
- Latentwärmespeicher speichern Wärmeenergie durch Änderung des Aggregatzustands eines Materials, zum Beispiel von fest zu flüssig.
- Thermochemische Speicher nutzen chemische Reaktionen, um Wärmeenergie zu speichern und freizusetzen.
Thermische Energiespeicher und erneuerbare Energien
Die thermische Energiespeicherung spielt eine wichtige Rolle bei der Wärmewende, da sie es ermöglicht, überschüssige Energie aus erneuerbaren Energiequellen zu speichern und bei Bedarf wieder abzurufen. Dies ist besonders wichtig, da erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind nicht kontinuierlich verfügbar sind und die Nachfrage nach Wärme oft nicht zeitlich mit dem Angebot übereinstimmt.
Thermische Energiespeicher können in Kombination mit Solarthermieanlagen oder Wärmepumpen eingesetzt werden, um die Effizienz und Flexibilität des Wärmesystems zu verbessern.
Insgesamt tragen thermische Energiespeicher also dazu bei, die Integration erneuerbarer Energien in das Wärmesystem zu erleichtern und die Nachhaltigkeit der Energieversorgung zu fördern.
Flexibles Energiesystem und Lastverschiebung
Die Lastverschiebung über thermische Speicher funktioniert, indem überschüssige Energie in Form von Wärme gespeichert wird, um sie zu einem späteren Zeitpunkt abzurufen, wenn die Nachfrage nach Wärme höher ist.
Ein Beispiel für die Lastverschiebung über thermische Speicher ist die Nutzung von Wärmespeichern in Verbindung mit Solarthermieanlagen. Tagsüber, wenn die Sonne scheint und die Solarthermieanlage viel Wärme produziert, kann ein Teil dieser Wärme in einem Wärmespeicher gespeichert werden. Diese gespeicherte Wärme kann dann abgerufen werden, wenn die Sonne nicht scheint oder die Nachfrage nach Wärme höher ist. Somit wird die Energie aus erneuerbaren Quellen effizienter genutzt und das Energiesystem kann flexibler gestaltet werden.
Beispiele aus der Praxis
Energiebunker Hamburg-Wilhelmsburg
Im Rahmen der Internationalen Bauausstellung (IBA), die von 2006 bis 2013 in Hamburg stattfand, wurde ein baufälliger Hochbunker aus den 1940er-Jahren zum sogenannten Energiebunker umgebaut.
Heute liefert der Energiebunker Ökostrom für rund 1.500 Haushalte und vor allem Wärme aus erneuerbaren Energien für rund 1.700 Wohnungen. Auch Schulen, Kitas und weitere Einrichtungen im Hamburger Reiherstiegviertel werden mitversorgt.
Möglich macht dies ein innovatives Netz aus verschiedenen Anlagen zur Erzeugung, Speicherung und Steuerung im Innern des Bunkers. Der Kern des Energiebunkers ist ein Großpufferspeicher mit einem Fassungsvermögen von 2 Millionen Liter Wasser, der von einem biomethanbefeuerten Blockheizkraftwerk, der Abwärme eines Industriebetriebes sowie einer solarthermischen Anlage gespeist wird. Zusätzlich ist auf dem Dach und an der Außenseite des Gebäudes auf einer Fläche von rund 2.000 Quadratmetern eine Solarhülle angebracht worden.
Weitere Informationen zum Hamburger Energiebunker bietet die Website der Hamburger Energiewerke.
Lagarde-Gelände Bamberg
Auf einem ehemaligen Kasernengelände setzen die Stadtwerke Bamberg ein zukunftsweisendes Energiekonzept um. Für das innerstädtische Quartier mit Alt- und Neubauten, Wohnhäusern, Bürokomplexen und Gewerbeflächen werden 80 Prozent der benötigten Wärme mit Hilfe von Ressourcen erzeugt, die sich direkt vor Ort auf dem Gelände befinden.
Herzstücke der Wärmeversorgung sind Blockheizkraftwerk, Energiespeicher, Wärmepumpen sowie Fernwärmetechnik. Als Wärmequelle dienen Erdwärmekollektoren sowie ein Abwasserkanal. Eine intelligente Steuerung sorgt zu jedem Zeitpunkt für eine effiziente Wärmeerzeugung mittels erneuerbarer Energie, die direkt vor Ort zur Verfügung steht. Überschüssige Energie wird gespeichert oder für die Regeneration der Bodentemperatur genutzt.
Konkret wird über die Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) auf den Dächern Strom zum Betrieb der Wärmepumpen erzeugt. Wird an sonnenreichen Tagen zu viel Strom produziert, wandeln ihn die Wärmepumpen in heißes Wasser um, welches im Pufferspeicher gespeichert und bei Bedarf als Trinkwarmwasser wieder abgegeben wird. Bei zu geringer Stromerzeugung durch die PV-Anlagen springt das BHKW zur Versorgung der Wärmepumpen ein, die dabei erzeugte Prozesswärme wird ebenfalls genutzt.
Weitere Informationen zum Energiekonzept des Lagarde-Geländes bietet die Website der Stadtwerke Bamberg.
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Thermische Energiespeicher für Quartiere - Aktualisierung
Die aktualisierte Studie bietet einen Überblick zu Rahmenbedingungen, Marktsituation und Technologieoptionen für Planung, Beratung und politische Entscheidungen im Gebäudesektor.
