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Was sind eigentlich Großwärmespeicher?
Darum geht’s: Wärmespeicher, auch thermische Speicher genannt, dienen der Speicherung überschüssiger Wärmeenergie. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Wärmewende.
Schon mal geschätzt, wie viel des gesamten Energiebedarfs (Endenergiebedarf) in Deutschland auf die Wärmeversorgung entfällt? Damit es zuhause oder in Betrieben warm wird und beispielsweise der Industrie genügend Prozesswärme zur Verfügung steht, wird jedes Jahr rund die Hälfte der insgesamt verbrauchten Energie benötigt! Ebenfalls enthalten ist hier auch ein steigender Bedarf an Kälte, etwa für Kühlprozesse in Rechenzentren oder der Produktion. Der Energiebedarf ist also hoch und soll zukünftig immer mehr durch erneuerbare Energien und unvermeidbare Abwärme gedeckt und mit neuen, effizienteren Technologien gesenkt werden: Stichwort Wärmewende.
Durch die fortschreitende Umstellung auf eine Wärmeerzeugung mit erneuerbaren Energien werden Wärmespeicher zukünftig immer wichtiger werden. Denn die größte Wärmenachfrage liegt in den Wintermonaten, während im Sommerhalbjahr besonders viel erneuerbare Energie zum Beispiel aus Solarenergie, Gewässern oder sogar der Luft gewonnen werden kann und dann das Angebot die Nachfrage deutlich übersteigt. Dann könnte also Wärmeenergie als „Wintervorrat“ in großen, saisonalen Wärmespeichern aufbewahrt werden. Rund zehn Prozent des Wärmebedarfs muss zukünftig so zwischengespeichert werden, um ein möglichst effizientes System aufzubauen, schätzen Experten. Dafür werden bis 2045 zwischen 600 und 1.200 neue Wärmespeicher gebraucht.
Passende Technologie für die Gegebenheiten vor Ort: Wärmespeicher ist nicht gleich Wärmespeicher
Doch Wärmespeicher ist nicht gleich Wärmespeicher und allein die Größe sagt längst noch nichts über die Speicherqualitäten aus. Vielmehr kommt es auf die Auswahl der passenden Technologie für die Gegebenheiten vor Ort an. Pufferspeicher oder Heißwasser-Wärmespeicher in Gebäuden decken beispielsweise oft nur wenige Stunden ab. Auch große Speicheranlagen für Prozesswärme können meist nur wenige Tage überbrücken. Solche Kurzzeitspeicher speichern die Wärme als Stunden-, Tages- oder Wochenspeicher. Sie verfügen über eine große Anzahl von Ladezyklen pro Jahr und ermöglichen es Wärmepumpen, auch flexibel auf die Signale des Strommarkts zu reagieren ohne Versorgungslücken bei der Wärme zu riskieren. Sogenannte Langzeitspeicher, auch saisonale Speicher genannt, können dagegen Wärme für eine ganze Saison bewahren.
Sie dienen genau jener Überbrückung von saisonalen Schwankungen, wenn beispielsweise der Wärmebedarf im Sommer gering ist, der Wärmeertrag jedoch sehr hoch und somit Wärme eingespeichert werden kann, die in den Wintermonaten benötigt wird. Beispiele für saisonale Wärmespeicher sind Erdbecken-Wärmespeicher, Erdsonden-Wärmespeicher, Aquifer-Wärmespeicher und Eisspeicher. Saisonale Speicher haben nur sehr wenige Ladezyklen pro Jahr.
Erdbecken-Wärmespeicher sind künstlich angelegte Becken: Eine große Grube wird gegen das Erdreich abgedichtet, mit Wasser gefüllt und mit einer gedämmten, schwimmenden Abdeckung versehen. Unterschiedliche Wärmequellen erhitzen das Wasser, beispielsweise Sonnenkollektoren oder Abwärme. Das Wasser im Speicher kann dabei bis zu 95 Grad Celsius warm werden.
Kompakte Orientierung mithilfe der Handreichung für Planende und Entscheidungsträger des BAFA
Aquifer-Wärmespeicher nutzen dagegen natürliche Grundwasserreservoirs zur Wärmespeicherung. Die in sich geschlossene wasserführende Schicht wird durch mindestens zwei Brunnenbohrungen erschlossen. Durch den sogenannten „kalten“ Brunnen wird Wasser hochgepumpt und durch einen Solarkreislauf oder einen anderen Wärmeerzeuger erwärmt. Das erwärmte Wasser gelangt über die zweite Brunnenbohrung (den „warmen“ Brunnen) wieder in den Untergrund.
Langzeitspeicher wie Aquifer und Erdbeckenspeicher sind in anderen Ländern schon verbreitet und können durch das Zusammenbringen von Wärmenachfrage und erneuerbaren Energien das gesamte Energiesystem entlasten. Denn sie tragen zu einer besseren Ausnutzung erneuerbarer Wärmeanlagen wie Solarthermie, Geothermie und unvermeidbarer Abwärme bei, indem sie die Erzeugungsspitzen aus dem Sommer in die Heizperiode verschieben. Über die Kopplung mit dem Strommarkt durch Wärmepumpen und Power-to-Heat-Anlagen können sie auf Strommarktsignale reagieren und neben der Entlastung für das Energiesystem zum Beispiel auch den Wasserstoffbedarf senken.
Wer Großwärmespeicher für die Fernwärme plant, findet in der BAFA-Handreichung für Planende und Entscheidungsträger eine kompakte Orientierung. Sie bündelt technische, wirtschaftliche und genehmigungsrechtliche Aspekte, die das Zusammenspiel von Speicher, Erzeugern, Netz und Betrieb in den Mittelpunkt stellen. Der praxisnahe Leitfaden soll weiterführende Analysen und projektspezifische Entscheidungen erleichtern. Er enthält auch Planungshilfen für Großwärmepumpen, die wir in der April-Ausgabe vorgestellt hatten. Einen Überblick über die wichtigsten Technologien für die Wärmewende finden Sie hier.