Desi-NADINE

Designprojekt für die Forschungsinfrastruktur NADINE (Nationaler Demonstrator für isentrope Energiespeicher)

Kurzbeschreibung

Die Speicherung großer Mengen elektrischer Energie ist das zentrale ungelöste Problem auf dem Weg in ein CO2-neutrales Energiesystem der Zukunft. PXP-Speicher wandeln elektrische Energie in eine gut speicherbare Energieform (Druckluft, Wärme, Wasserstoff) um und verwandeln diese bei Bedarf zurück in Strom. Sie besitzen in Form von sogenannten isentropen Energiespeichern im Idealfall einen Speicherwirkungsgrad von 100 % und sind deshalb potenziell für die Lösung des Speicherproblems geeignet, vgl. Abbildung 1.

Abbildung 1: Isentroper Energiespeicher – Strom-Wärme-Strom-Speicher Prinzip
Abbildung 1: Isentroper Energiespeicher – Strom-Wärme-Strom-Speicher Prinzip

Das DLR, die Universität Stuttgart und das KIT haben gemeinsam das Konzept für die Forschungsinfrastruktur NADINE (Nationaler Demonstrator für isentrope Energiespeicher) erarbeitet, mit der neben den isentropen Energiespeichern eine breite Palette wissenschaftlicher Arbeiten der Energiespeicherforschung untersucht werden kann.

Im vorliegenden Projekt sollen die technischen Parameter der Infrastruktur festgelegt und ihre Kosten geschätzt werden. Parallel sollen Konzepte für drei zukunftsweisende Leitprojekte (A, B, C) der Kooperationspartner Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Universität Stuttgart erarbeitet werden, an denen das Innovationspotenzial schon vor einer Realisierung von NADINE demonstriert werden kann.

 

Leitprojekt A – Universität Stuttgart:

Im Rahmen des Leitprojekts A soll ein Konzept zur Umsetzung und Integration der SWS-Technologie mit zusätzlicher Kühlung für das Stuttgarter Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) ausgearbeitet werden. Der Abwärmestrom des HLRS mit einer derzeitigen Temperatur von ca. 29 °C dient dabei als Wärmequelle für eine Hochtemperatur-Wärmepumpe, die den Wärmestrom auf ein Temperaturniveau von ca. 120 °C anhebt.

Der abgekühlte Wärmestrom dient dem Rechenzentrum zur Kühlung. Die Hochtemperaturwärme wird in einem Wärmespeicher bevorratet und zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt durch eine Wärmekraftmaschine zurückverstromt. Gelingt die Speicherung und Rückverstromung mit einem Wirkungsgrad, der dem reziproken Wert der Leistungszahl der Wärmepumpe entspricht, sind die Kriterien für den Prozess der isentropen Energiespeicherung erfüllt. Zusätzlich soll die anfallende Abwärme der Wärmekraftmaschine möglichst sinnvoll genutzt werden. Gesamtübergreifend soll aus Leitprojekt A ein Energiemanagementsystem entstehen, das die drei Größen Strom – Wärme – Kälte miteinander verbindet und eine Sektorenkopplung ermöglicht.

Gestützt durch numerische Simulationen auf System- und Komponentenebene werden Auslegungs- und Betriebscharakteristika festgelegt. Diese bilden die Basis für eine Spezifizierung der benötigten experimentellen Infrastruktur NADINE, vgl. Abbildung 2.

Abbildung 2: Beispielhafte Darstellung von NADINE, bestehend aus einer dauerhaften Infrastruktur-Ebene (unten) und einer temporären Experimental-Ebene (oben)
Abbildung 2: Beispielhafte Darstellung von NADINE, bestehend aus einer dauerhaften Infrastruktur-Ebene (unten) und einer temporären Experimental-Ebene (oben)

Letztlich soll die technische Darstellbarkeit aufgezeigt und das energetische Potential im Niedertemperatur-Bereich bewertet werden.

 

Laufzeit

01/2018 - 12/2019

 

Projektpartner

DLR - Institut für Technische Thermodynamik

KIT - Institut für Kern- und Energietechnik

 

Danksagung

Das Forschungsprojekt „Designprojekt für die Forschungsinfrastruktur NADINE“ wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und vom Projektträger Jülich (PtJ) unter dem Förderkennzeichen 03ET6142C betreut. Die Autoren danken für die Unterstützung.

Kontakt

Dieses Bild zeigt Dr.-Ing. Henner Kerskes
 

Dr.-Ing. Henner Kerskes

Arbeitsgruppenleiter

Dieses Bild zeigt Nils Bayer, M.Sc.
 

Nils Bayer, M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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