erneo advanced CAES energy storage

Warum Energiespeicherung

Die zunehmende Menge an fluktuierender erneuerbarer Energie, die dem Strommarkt in Deutschland zur Verfügung gestellt wird, erfordert neben dem Ausbau des nationalen Netzes auch den Einsatz von Massenspeichern, um die Netzstabilität und die Energie in den nicht erneuerbaren Produktionsphasen zu gewährleisten. Die Erdgasspeicherindustrie kann dazu einen entscheidenden Beitrag leisten. Das neue Konzept zur effizienten Speicherung großer Mengen erneuerbarer Energie basiert auf dem "CAES - compressed air energy storage"-Verfahren. Diese Technologie erreicht derzeit einen Wirkungsgrad von bis zu 40%. Die größte Hürde auf dem Weg zu einem höheren Wirkungsgrad dieses Verfahrens ist die Wärme, die bei der Ein- und Ausspeicherung entsteht. Durch den Einsatz der erneo-Technologie kann ein thermodynamischer Wirkungsgrad von über 70% erreicht werden.

Der derzeitige Stand der Technik zielt in erster Linie darauf ab, die bei der Verdichtung entstehende Wärme zu speichern und bei der Ausspeicherung oder Entnahme wieder in den Gasstrom zurückzuführen. Die dabei auftretenden Temperaturänderungen (Verdichtung der Luft in einer Kaverne auf ca. 150 bar und anschließende Expansion aus der Speicherung) liegen bei ca. 500°C. Dieser enorme Wärmeunterschied ist die größte Herausforderung bei der technischen Umsetzung des konventionellen Verfahrens der CAES. 

Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird der Prozess so gefahren, dass große Wärmedifferenzen vermieden werden und damit die größte Hürde bei der Nutzung von Massenenergiespeichern mit Gasdruckspeichern umgangen wird. Der erneo-Prozess läuft in einem geschlossenen Kreislauf zwischen zwei Kavernen, die zur Verdichtung und Expansion des Gases beispielsweise zwischen 100 und 250 bar Druckniveau eingesetzt werden. Die bei diesem Verdichtungsverhältnis auftretenden Temperaturänderungen werden bei gleicher gespeicherter Bulk-Energiemenge auf einen Bereich zwischen 10-30°C stark reduziert. Diese Temperatur- und Druckänderungen in den Kavernen und Bohrlöchern liegen im gleichen Bereich, wie er in der Gasindustrie verwendet und von den nationalen Behörden für die Erdgasspeicherung genehmigt wird.

Das erneo-Verfahren wird hier ausführlich beschrieben und es werden Beispielrechnungen für eine hohe Leistung von 100 MW und eine geringe Leistung (5-15 MW) für eine tagelange Speicherperiode vorgestellt. erneo entwickelte die Software zur Simulation des Prozesses, bei der die thermodynamischen Prozesse in den Kavernen sowie beispielsweise Druck- und Temperaturänderungen und das Auftreten von Wasser in den Oberflächen- und Untergrundkomponenten berechnet werden. Bei der Verwendung des erneo-Prozesses erfolgt die Wärmespeicherung bei niedrigeren Temperaturen, die 100°C nicht überschreiten. Dies ermöglicht die Verwendung von Wasser als Speichermedium. Durch die zusätzliche Zufuhr von Wärme und deren Speicherung können der Wirkungsgrad und der Prozess erhöht und der Prozess mit konstanter Leistung betrieben werden. Als Arbeitsmedium können Erdgas oder andere Gase verwendet werden.