Thermische Speicher sind nach wie vor zu teuer, es besteht enormer Forschungsaufwand, so das nüchterne Fazit der Fachleute des VDI-Wissensforums. Bis Herbst 2014 sollen weitere Forschungsvorhaben zu thermochemischen Speichern und Latentwärmespeichern abgeschlossen sein.
Generell gelte bei der Energiespeicherung, dass es nicht eine Anwendung gebe, die generell am kostengünstigsten sei. "Man muss die gesamte Effizienzkette betrachten und die Speicherung auf den Endenergieverbrauch zuschneiden", so der Rat von Andreas Hauer vom ZAE für die Praxis. Ein entscheidender Faktor ist, welche Energieform am Ende gewünscht ist, das muss die Prozesskette davor bestimmen. Im Gebäudebereich könne man von einer Rentabilität thermischer Speicher in einem Zeitraum von 15 bis 20 Jahren ausgehen, ein akzeptabler Preis liege bei 80 US-Cent pro Kilowatt Speicherkapazität.
Noch seien thermische Speicher viel zu teuer, bemängelte Rainer Tamme vom Institut für Technische Thermodynamik am DLR. Zuverlässigkeit und Lebensdauer seien nicht ausreichend, bei Langzeitspeichern seien die Verluste zu hoch.
Kerstin Krüger vom Projektträger Jülich stellte die Schwerpunkte der Förderinitiative Energiespeicher vor. Sie enthält zahlreiche Projekte zu Wärmespeichern mit den Schwerpunkten auf kostengünstigen Materalien, Latentspeichern, Langzeitspeichern und Einbindung in Wärmenetzen. Genauere Informationen dazu gibt es auf der neuen Internet-Präsenz. Dabei geht es allerdings um Energiespeicher generell mit einem starken Fokus auf Speichern für Strom aus Erneuerbaren. Als vielversprechende Forschungsvorhaben bei thermischen Speichern nannte Tamme mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien für aktivierbare Bauteile. Damit lasssen sich größere Oberflächen erreichen, die thermisch aktivierbar sind. Dazu wird seit einigen Jahren intensiv geforscht, Piloten und Demonstratoren gibt es bereits.
In anderen Projekten geht es darum, Phasenwechselmaterialien zu finden, die als Wärmespeicher mit größeren Transportgeschwindigkeiten dienen können. Das soll das Problem lösen, dass PCM sehr träge reagieren. Auch neue Materialien sind in der Entwicklung wie binderfreie und reaktionsschnellere Zeolithe und zeolithähnliche Materialien der Alumophosphat- und Siliko-Alumophosphat-Gruppe, berichtete Henner Kerskes vom ITW Stuttgart.
Doch es ging nicht nur um die Forschungs-Avantgarde auf der Tagung. Konkrete gebaute und vermessene Beispiele, bei denen eine Speicherung auch von solarthermischer Energie mit einer guten Energiebilanz möglich ist, gibt es aus zahlreichen Projekten. Eines der Vorzeigeprojekte bei den Saisonalspeichern ist der Erdsondenspeicher einer Siedlung in Crailsheim, der mit spezifischen Baukosten von 50 Euro pro Kubikmeter Speicher auskam.
260 Wohneinheiten sowie eine Schule und eine Sporthalle werden hier mit Nahwärme versorgt. Die solare Wärmeversorgung besteht aus ca. 7.300 m² Solarkollektorfläche, die teilweise an Lärmschutzwällen angebracht sind, zwei 100 bzw. 480 m³ großen Heißwasser-Pufferpeichern, die als Druckspeicher ohne Wärmeübertrager direkt in das Wärmeversorgungsnetz eingebunden sind und dem Erdsonden-Wärmespeicher aus 80 Erdwärmesonden.
Weitere Erkenntnisse soll das Projekt Heizsolar bringen. Darin werden derzeit in 11 Ein- und Mehrfamilienhäuser längerfristig die solaren Erträge erhoben. "Wir messen die Erträge der Kollektoren, der Zusatzwärmeerzeuger und die Wärmeabgabe an Heizkreis und Warmwasser", berichtete Wolfgang Kramer vom Fraunhofer ISE in Freiburg.
Ziel des Projekts ist unter anderem der Aufbau von Simulationswerkzeugen. Sie sollen helfen, das optimale Verhältnis unterschiedlicher Maßnahmen zur Erhöhung der Energieeffizienz und zum Einsatz Erneuerbarer bei Solarhäusern zu bestimmen. Das Rechenwerkzeug soll ermitteln, wie viel Dämmung und Optimierung der Gebäudehülle, welche Speichergröße und wie viele Kollektoren in einem konkreten Objekt angemessen sind.
Eine Variante die betrachtet wird sind dabei Häuser, die einen solaren Deckungsgrad von über 50 Prozent haben. Bei diesen geht es darum, die kostengünstigste Lösung zu finden. Bei der anderen Variante geht es um die Autarkie bei der Wärmeversorgung. "Da muss ich dann schauen, was das Optimum bei Dämmung, Kollektor und Speicher ist", so Kramer.
Mit der Kombination von Solarthermie und Wärmepumpe setzte sich Harald Drück vom Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart auseinander. Eine häufige Variante bei der Einbindung von Speichern ohne Phasenwechsel sei die gemeinsame Nutzung eines Pufferspeichers, besonders bei der kombinierten Einbindung von Solarthermie und Luft-Wasser-Wärmepumpen. "Diese vermeintlich einfache Einbindung birgt viele Fehlerquellen beim Anschluss des Kombispeichers", warnt der Fachmann.
Die zweite Kombimöglichkeit ist ein solarthermisch erweiterter Solespeicher für die Wärmepumpe. Die Temperatur der Sole wird mit Solarthermie erhöht, der Sole-Wasser-Wärmepumpe ein höheres Temperaturniveau zur Verfügung gestellt.
Daneben gibt es noch Systeme mit Phasenwechsel. Bereits im Einsatz sind Eisspeicher, die als Quelle für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe dienen. Die gibt es mittlerweile auch als kommerzielle Produkte, etwa von Consolar oder Viessmann. Eisspeicher haben den Vorteil, dass sie in der Erstellung kostengünstiger sind als eine Erdwärmesonde. Gleichzeitig liefern sie aber eine niedrigere Ausgangstemperatur als eine Erdwärmesonde die immer über Null Grad betrieben werden kann wenn sie richtig ausgelegt ist. Der notwendige Temperaturhub ist also größer. "Die Technologie ist aber trotzdem interessant, weil Erdsonden nicht überall genehmigungsfähig sind", betont Drück. von Pia Grund-Ludwig