Carnot-Batterie
Technologie-Check
Definition und Wirk-/Funktionsprinzip
Das Funktionsprinzip der Carnot-Batterie ist angelehnt an den Carnot-Prozess, bei dem es sich um einen idealisierten, verlustfreien, thermodynamischen Kreisprozess zwischen zwei Temperaturen handelt. Es handelt sich um einen thermischen Energiespeicher. In der Realität wird der Prozess wie folgt umgesetzt: In der Ladephase wird überschüssiger Strom, idealerweise aus erneuerbaren Energien, mit Hilfe einer Wärmepumpe in Wärme umgewandelt. Diese wird dann in einem thermischen Speicher, wie Flüssigsalz, Gestein oder Beton, bei hohen Temperaturen gespeichert. In der Entladephase wird die gespeicherte Wärme mit Hilfe einer Wärmekraftmaschine wie einer Dampfturbine wieder in Strom umgewandelt. Der Prozess wird auch Power-to-Heat-to-Power (P2H2P) bezeichnet. Der Wirkungsgrad liegt allerdings aktuell bei maximal 50 %.
SWOT-Analyse
Stärken
- Skalierbare Speichermöglichkeit auch für Langzeitspeicherung
- Einsatz günstiger Ressourcen für die Speicherung wie Stein oder Salz möglich
- Hohe Lebensdauer mit geringen Verlusten beim Wirkungsgrad
- Integration in bestehende Infrastruktur möglich, auch zur Sektorkopplung
- Geringe Sicherheitsvorkehrungen erforderlich
Schwächen
- Geringer Wirkungsgrad im Vergleich zu alternativen Technologien wie Lithium-Ionen-Batterien
- Technischer Integrationsaufwand mit allen Komponenten relativ komplex, dementsprechend ist auch der Flächenbedarf größer
- Hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien, da es sich um eine Hochtemperaturtechnik handelt
Chancen
- Bedarf an Langzeitspeichern nimmt durch das Wachstum der erneuerbaren Energien kontinuierlich zu
- Nutzung der Infrastruktur von ehemaligen Kraftwerken möglich
- Nutzung als Alternative zu chemischen Großspeichern mit höheren Sicherheitsanforderungen
- Integration in Wärmenetze erhöht die Gesamteffizienz
Risiken
- Konkurrenz durch alternative Technologien wie Wasserstoffspeicher oder Lithium-Batterien
- Regulatorische Anforderungen noch nicht vollständig geklärt
- Technische Anforderungen der Hochtemperaturtechnik erfordern Know-how für die richtige Auslegung und Planung
- Wirtschaftlichkeit vom Strompreis abhängig
Erfolgsbeispiele
- In Baden-Württemberg umgesetzt: In Stuttgart wurde eine Carnot-Batterie erfolgreich in Betrieb genommen und demonstriert, wie Strom in Hochtemperaturwärme gespeichert und bedarfsgerecht rückverstromt werden kann.
Zum Erfolgsbeispiel - Die Carnot-Batterie befindet sich noch in einem Entwicklungsstadium, was auch in diesem Beispiel deutlich wird. Es handelt sich um ein öffentlich gefördertes Projekt an der Universität Bayreuth, in dem es um die Optimierung der Arbeitsfluide für die Carnot-Batterie geht.
Zum Erfolgsbeispiel
Technologieanbieter
Möglicher Technologieanbieter aus Baden-Württemberg: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt - Institute of Engineering Thermodynamics
