Einsatzmöglichkeiten und Perspektiven von solarunterstützten, saisonalen Wärmespeichern

Abstract

Das Konzept der saisonalen Wärmespeicherung, um Angebot und Nachfrage von Energie zeitlich zu entkoppeln, wird seit etwa 40 Jahren in Pilotprojekten erprobt. Bislang ist der Einsatz von großen Wärmespeichern wirtschaftlich nur sehr schwer darstellbar. In dieser Arbeit werden die drei möglichen thermischen Speicherprinzipien – latent, thermochemisch und sensibel – vorgestellt, auf ihre Relevanz für den Einsatz in Langzeitspeichern hin bewertet und die Entwicklung der sensiblen Speichertechnologie beschrieben. Nach Auswahl eines sensiblen Wärmespeichers für die teilweise Versorgung eines Neubauvorhabens in Hamburg mit gemischter Nutzung (Hotel, Veranstaltungen und Wohnungen) werden der Wärmebedarf und der Ertrag des solarthermischen Wärmespeicherkonzeptes durch Bilanzierungs- und Ertragsberechnungstools (EnerCalCund SDH-Tool) ermittelt. Anschließend wird das Konzept mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit und Ökologie genauer untersucht. Die Ergebnisse der dynamischen Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigen für dieses Projekt eine nur schwer realisierbare Wirtschaftlichkeit des Versorgungskonzeptes auf. Als ausschlaggebende Faktoren hierfür werden die hohen Investitionskosten für Solarkollektoren und Wärmespeicher sowie das günstige Kostenniveau der vorhandenen Fernwärmeversorgung ausgemacht. Die ökologische Betrachtung zeigt ein Minderungspotenzial durch den Einsatz der emissionsarmen Solartechnik auf, jedoch fällt dieses aufgrund der bestehenden emissionsarmen Versorgungsstruktur mit einem hohen KWK-Anteil verhältnismäßig gering aus. Um die Wirtschaftlichkeit eines Wärmespeichers zu verbessern, empfiehlt sich eine Erhöhung dessen Nutzungsgrades. Dazu kann eine Mischnutzung durch weitere kostengünstige Wärmequellen wie industrielle Abwärme beitragen. Aus ökologischer Sicht ist zudem eine multifunktionelle Nutzung von Wärmespeichern eine sinnvolle Perspektive. Dabei wird die Strom- und Wärmegewinnung betriebstechnisch optimiert und zusätzlich zu vermiedenen Emissionen der Wärmegewinnung eine emissionsarme Stromgewinnung wirtschaftlich eingebunden.