In Zeiten des Klimawandels und der Energiewende gewinnen innovative Lösungen zur effizienten Nutzung und Speicherung von Wärmeenergie zunehmend an Bedeutung. Hochleistungs-Wärmespeicher und moderne Wärmeverteilungssysteme spielen dabei eine entscheidende Rolle, um die Energieeffizienz zu steigern und den CO₂-Ausstoß zu reduzieren. In diesem Bericht werfen wir einen detaillierten Blick auf diese zukunftsweisenden Technologien.

Hochleistungs-Wärmespeicher

Thermische Energiespeicher mit hoher Leistung sind essentiell, um die Effizienz zyklischer thermischer Prozesse zu erhöhen. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden forscht intensiv an latenten und sorptiven Wärmespeichern.

Latente Wärmespeicher

Latente Wärmespeicher nutzen die Schmelzwärme eines Phase Change Materials (PCM). Diese innovative Technologie ermöglicht es, Wärme mit hoher Speicherdichte bei moderaten Kosten und nahezu konstanter Temperatur zu speichern. Die Vorteile dieser Methode liegen auf der Hand:

– Hohe Energiedichte

– Kostengünstige Speicherung

– Konstante Temperatur während des Phasenwechsels

Sorptive Wärmespeicher

Im Gegensatz dazu nutzen sorptive Wärmespeicher die Bindungswärme einer Adsorption oder einer chemischen Reaktion. Diese auch als thermochemische Speicher bekannten Systeme bieten ebenfalls vielversprechende Möglichkeiten zur effizienten Wärmespeicherung.

Das Geschäftsfeld Energie und Thermisches Management am Fraunhofer IFAM Dresden bietet umfassende Kompetenzen entlang der gesamten Entwicklungskette dieser innovativen thermischen Speichertechnologien. Dabei wird das hausinterne Werkstoffknowhow, beispielsweise im Bereich zellularer Metalle, genutzt.

Der Entwicklungsprozess umfasst mehrere Schritte:

1. Konzept: Genaue Analyse des thermischen Systems, in das der Speicher integriert werden soll.
2. Auslegung: Durchführung mathematischer Simulationen zur Optimierung der Speicherparameter.
3. Entwicklung: Erarbeitung von Metall-PCM-Verbundwerkstoffen und Optimierung von Fügetechnologien.
4. Validierung: Erprobung und Bewertung der entwickelten Speicherlösungen.

Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet für Hochleistungs-Wärmespeicher ist die Prozessdampfbereitstellung in industriellen Heizkraftwerken. Hier können Metalllegierungen als Phasenwechselmaterialien eingesetzt werden, um die Flexibilität und Effizienz der Dampfbereitstellung zu erhöhen.

Die Vorteile im industriellen Einsatz sind eine signifikante Kostensenkung bei der konventionellen Prozessdampfbesicherung. Eine effiziente Überbrückung beim Herunterfahren oder im Teillastbetrieb von Heizkraftwerken wird ermöglicht. Die Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe in Hilfskesseln ist ein weiterer positiver Nebeneffekt.

Erste Wirtschaftlichkeitsberechnungen zeigen, dass sich die Investition in einen metallischen Wärmespeicher für die Prozessdampfbesicherung innerhalb kürzester Zeit amortisieren kann. Neben der effizienten Speicherung spielt auch die optimale Verteilung der Wärme eine entscheidende Rolle. Moderne Wärmeverteilsysteme tragen wesentlich zur Steigerung der Gesamteffizienz bei. Ein wichtiger Aspekt der effizienten Wärmeverteilung ist der hydraulische Abgleich. Dieser sorgt dafür, dass jeder Verbraucher im Netz genau die Menge Wasser mit einer bestimmten Vorlauftemperatur erhält, die er zur optimalen Wärmeabgabe benötigt.

Die Forschung an Hochleistungs-Wärmespeichern und effizienten Wärmeverteilungssystemen schreitet kontinuierlich voran. Zukünftige Entwicklungen könnten noch höhere Speicherdichten, verbesserte Materialien und noch effizientere Verteilungsmethoden hervorbringen.

Die Integration dieser Technologien in bestehende und neue Energiesysteme wird eine Schlüsselrolle bei der Bewältigung der Herausforderungen der Energiewende spielen. Durch die Kombination von Hochleistungs-Wärmespeichern mit erneuerbaren Energiequellen und intelligenten Verteilungssystemen können wir einen bedeutenden Schritt in Richtung einer nachhaltigen und klimafreundlichen Energieversorgung machen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Hochleistungs-Wärmespeicher und moderne Wärmeverteilungssysteme nicht nur technologische Innovationen darstellen, sondern auch wesentliche Bausteine für eine erfolgreiche Dekarbonisierung und den Klimaschutz sind. Ihre Weiterentwicklung und breite Anwendung werden maßgeblich dazu beitragen, die ambitionierten Klimaziele zu erreichen und gleichzeitig eine zuverlässige und effiziente Energieversorgung sicherzustellen.

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