Relevante Energieformen
Gespeicherte Energieform
- Kälte (T=0°C)
Kurzbeschreibung
Der Eisspeicher nutzt den Phasenübergang von Wasser und die damit verbundene Erstarrungs- und Schmelzwärme, um Wärme zu speichern (Sterner; Stadler 2014). Das Wasser, welches sich zwischen mit Kühlmittel oder Kältemittel gefüllten Rohren oder Platten befindet, wird gekühlt, sodass sich an den Rohren oder Platten Eis bildet. Der Eisspeicher ist aufgeladen, wenn eine zuvor definierte Eisschichtdicke erreicht ist. Dann kann das Entladen in Form von Schmelzen der Eisschicht durch die Beaufschlagung mit Kühlwasser erfolgen (Neugebauer 2014). Eis hat eine rund 80-mal größere Speicherfähigkeit als Wasser, bedingt durch den Phasenübergang Eis/Wasser (und umgekehrt). Eisspeicher werden daher auch als Latent-Speicher bezeichnet (downloads.siemens.com 2017).
Bauarten
| Eissilo | Eiskapselspeicher | Eisbank |
| Direktverdampfersysteme: Der Verdampfer einer Kältemaschine wird direkt in einen Tank eingebracht, wobei sich an der Verdampferoberfläche das Eis ausbildet. Für ein gleichmäßiges Eiswachstum erfolgt die Umwälzung des Wassers oder das Einblasen von Luft im Tankboden. | Eisspeicher mit PCM gefüllten Kunststoffkugeln: Der Speicher wird im Ladebetrieb mit einem Kälteträgermittel durchströmt, welches den PCM Kugeln Energie entzieht, worauf diese erstarren. Das Entladen erfolgt solange, bis das PCM wieder in den flüssigen Zustand übergegangen ist. | Eisspeicher mit Wärmetauschrohren: Eisbankspeicher werden mithilfe einer Glykol-Sole beladen, welche durch Kunststoff- oder Metallrohre geleitet wird, an denen sich im Ladezustand das Eis bildet. Im Entladebetrieb trägt das zu kühlende Medium Wärme in den Speicher ein, wodurch das Eis abgeschmolzen wird. |
| Extrem hohe Kälteleistung für Spitzenlasten, Hohe Effizienz durch Direktkühlmöglichkeit, Sehr stabile Eiswassertemperatur unter 1°C | Positive Aspekte der Eiskapselspeicher sind die hohen möglichen Be- und Entladeleistungen, welche einerseits durch den hohen möglichen Volumenstrom durch den Tank begründet sind. Ein anderer Grund für das beschriebene Verhalten ist die große, für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende, Fläche der PCM Kugeln. | Als Vorteile der Eisbankspeicher lassen sich die hohe Speicherkapazität sowie die einfache Betriebsregelung nennen. Zu den Nachteilen zählen Aspekte wie der beschriebene Zusammenhang zwischen Ladeleistung und Ladetemperatur. Außerdem ermöglichen Eisbank-Speicher nur ein begrenztes Temperaturniveau von minimal 1℃ ??? 1,5℃ Vorlauftemperatur. |
Betriebs-Charakteristika
Bei der Betrachtung der Effizienz von Eisbanksystemen ist zu bedenken, dass das Lade- und Entladeverhalten stark von den Betriebstemperaturen abhängig ist. Die vollständige Beladung des Speichers mit sehr niedrigen Temperaturen wesentlich schneller erreicht wird, als auf einem höheren Temperaturniveau. Auch ein hoher Volumenstrom zur Speicherbeladung wirkt sich positiv auf die Ladedauer aus. Die Ladetemperatur hat wiederum starke Auswirkungen auf die Leistungszahl der Kältemaschine.
Energetische Kennwerte
Energiespeichervermögen: bis über 10.000 kWh (Eissilo) (htt-ag.com 2016)
Wirtschaftliche Kennwerte
| Investkosten/kW |
 spezifische Kosten in Euro/kWh / Speicherkapazität in kWh |
Subjektive Technologie-Portfolio-Analyse
| Technologieattratktivität | Industrielle Umsetzbarkeit | Umsetzbarkeit | Ist es technisch denkbar, diese Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität einzusetzen? (Grün = Ja, Gelb = Ggf., Rot =Nein) | |
| Komplexität | Wie komplex wäre der Einsatz dieser Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität? (Grün = einfach, Gelb = eher komplex, Rot = sehr komplex oder nicht möglich) | |||
| Anwendbarkeit bei Industriepartnern | Wäre eine Flexibilisierung solcher Anlagen bei Industriepartnern direkt möglich? (Grün = Ja, Gelb=Nur mit größeren Umbaumaßnahmen, Rot = Nein) | |||
| Einsatzhäufigkeit und Verbreitung | Verbreitung in Deutschland | Wie ist der Verbreitungsgrad der Technologie in Deutschland einzuschätzen? (Grün = hoch, Gelb = mittel, Grün = niedrig) | ||
| Umrüstaufwand und Integration | Technology Readiness Level | Wie weit ist die Technologie entwickelt? (Grün = TRL 7-9 Gelb = TRL 4-6, Rot = 1-3) | ||
| Umrüstaufwand zur nachträglichen Integration | Wie wird der Aufwand zur Befähigung der Anlage eingeschätzt? (Grün = niedrig ,Gelb = mittel, Grün = noch) | |||
| Ressourcenstärke | Übertragbarkeit | Übertragbarkeit | Wie gut lässt sich eine Lösung zur Flexibilisierung dieser Anlage auf andere Anlagen übertragen? (Grün = Technologien sind immer ähnlich aufgebaut, Lösungen sind also übertragbar, Gelb = Keine Aussage möglich, Rot = Sehr Prozessspezifisch bzw. standortspezifisch) | |
| Wirtschaftlichkeit | Spezifische Speicherkosten | Wie hoch sind die spezifischen Speicherkosten (Grün = niedrig , Gelb = mittel, Rot = hoch) | ||
| Spezifische Platzbedarf | Wie groß ist die volumetrische Speicherdichte (Grün = Hoch, Gelb = Mittel, Rot = Niedrig) | |||
| Speicherverluste | Wie groß ist die Verlustleistung über die Zeit? (Standverluste, Grün = Langzeitspeicher Gelb = Stundenspeicher, Rot = Kurzzeitspeicher) |
Best Available Technology
Ja – Eisspeicher können prinzipiell zur Bereitstellung von Energieflexibilität eingesetzt werden.
Zusammenfassung genereller Vor- und Nachteile
Vorteile
- hohe Energiedichte durch Nutzung des Phasenübergangs
Anwendungsbeispiele
Eisspeicher dienen unteranderem in Kombination mit Solaranlagen, Wärmepumpen und Wärmespeichern als Wärme- und Kälteversorgungen in Haushalten und größeren Gebäudekomplexen. Allgemein können sie zur Kälteversorgung und Klimatiserung verwendet werden. Anwendungsbeispiele sind: Fußbodenkühlung, Molkerein, Brauereien, Gebäudeklimatiserung (Sterner; Stadler 2014).
Literaturverzeichnis
- Siemens (2017): Kältetechnik, zuletzt geprüft am 01.08.2019
- Heat Transfer Technology AG (2016): Eissilo. Eisspeicher mit Eiserzeuger, zuletzt geprüft am 01.08.2019
- Neugebauer, R. (2014): Handbuch Ressourcenorientierte Produktion, Carl Hanser Verlag München Wien
- Sterner, M.; Stadler, I. (2014): Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration, Springer Berlin