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Das thermische Batterie
Bill Gates arbeitet an der Entwicklung einer thermischen Batterie in Verbindung mit einem Atomreaktor (siehe Link – Erwähnung der thermischen Batterie ab Minute 1 im Video).
Der Reaktor erzeugt Wärmeenergie, die in der Batterie gespeichert wird. Diese gespeicherte Energie kann anschließend über einen Dampferzeuger und eine Dampfturbine mit einem Wirkungsgrad von bis zu 45 % in Strom umgewandelt werden.
Solarkraftwerke nutzen seit über 30 Jahren diese Technologie, um die Wärmeenergie der Sonne in thermischen Batterien zu speichern, bis sie zur Stromproduktion benötigt wird. Ein Beispiel ist das Solarkraftwerk Ouarzazate Solar Power Station in Marokko mit einem sehr großen thermischen Speicher (siehe Link).
Müllheizkraftwerk mit thermischem Speicher:
Ein Müllheizkraftwerk speist heute kontinuierlich Strom ins Netz ein – ein großes Hindernis für die Integration erneuerbarer Energien. Die besten Müllheizkraftwerke, wie z. B. ARC in Kopenhagen, können bis zu 25 % der Energie im Abfall in Strom umwandeln – in Kombination mit Fernwärme.
Ein Müllheizkraftwerk, das mit einem thermischen Speicher kombiniert wird, kann die Wärmeenergie aus dem Abfall im Speicher lagern. Dadurch kann die Stromproduktion zeitlich verschoben werden. Zudem kann die Anlage so ausgelegt werden, dass sie für kurze Zeiträume sehr hohe Leistungen erbringt, anstatt kontinuierlich Strom zu produzieren – was insbesondere im Zusammenspiel mit erneuerbaren Energien von Vorteil ist.
Ein modernes Müllheizkraftwerk wie ARC, das am Amagerværket in Kopenhagen betrieben wird, kann 55 MW Strom und 190 MW Fernwärme erzeugen, wenn die Anlage 70 Tonnen Abfall pro Stunde verbrennt – dabei wird 25 % der Abfallenergie in Strom umgewandelt.
Eine Lösung, bei der die Anlage Energie in einem thermischen Speicher für 48 Stunden speichert, ermöglicht eine alternative Auslegung des Dampfsystems. Anstelle von 55 MW könnte das Kraftwerk dann 220 MW Strom über 12 Stunden liefern, bevor der Speicher erschöpft ist (vorausgesetzt, der Speicher war zu Beginn voll geladen).
Ein zusätzlicher Vorteil des Speichersystems in Kombination mit dem Müllkraftwerk besteht darin, dass Überschussstrom das Speichermedium stärker erhitzen kann als die Abfallverbrennung. Dadurch steigt der Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugung. Aufgrund der geringen Heizwerte des Abfalls können die Kessel den Speicher nur auf ca. 450 °C erhitzen – was einer elektrischen Effizienz von ca. 25 % entspricht.
Ein System mit thermischen Speichern am ARC-Standort am Amagerværket würde aus mehreren Speichertanks bestehen. Die Abfallkessel erhitzen diese Tanks kontinuierlich, sodass immer mehr Tanks auf dem Kraftwerksgelände auf 450 °C aufgeheizt werden. Die gespeicherte Wärme kann dann mit einem Wirkungsgrad von 25 % in Strom umgewandelt werden.
Wenn jedoch Überschussstrom vorhanden ist und das Müllkraftwerk die Stromproduktion zugunsten der Wärmespeicherung zurückhält, kann dieser Strom die Tanks stärker erhitzen – bis zu 600 °C.
Diese heißeren Tanks enthalten nun deutlich mehr Energie. Und dank der höheren Temperatur kann diese Energie nun mit einem elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 45 % in Strom umgewandelt werden.
Wo das Kraftwerk zuvor 220 MW über 12 Stunden liefern konnte, kann es nun – mit der heißeren, strombasierten Energie – über 350 MW leisten.
Im größeren Zusammenhang bedeutet dies: Die im Abfall gespeicherte Energie dient als Katalysator, um den gespeicherten Überschussstrom vollständig zurückzugewinnen – eine 100-prozentige Rückgewinnung der gespeicherten Überschussenergie ist möglich.
Systemarchitektur, bei der das Müllheizkraftwerk mit einem Multifuel-Kraftwerk kombiniert ist (siehe Link).