Kurztitel:
FLEXI-TES
Förderkennzeichen:
03ET7055A, 03ET7055B, 03ET7055C, 03ET7055D, 03ET7055E, 03ET7055F, 03ET7055G
Themen:
Anlagentechnik, Betrieb, Systemintegration und Speicherung
Projektkoordination:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Laufzeit gesamt:
Januar 2017 bis Dezember 2019

Quintessenz

  • Kohlekraftwerke werden durch Wärmespeicher flexibler. Wissenschaftlerteams analysieren technische und wirtschaftliche Aspekte.
  • Die erarbeiteten Konzepte resultieren aus Auslegungsarbeiten für Speicher und Systemsimulationen sowie weichen, nicht mit Zahlenwerten, sondern qualitativ bewerteten Kriterien, wie Systemintegrationsaufwand, Potential zum Mehrfachnutzen und Reifegrad.
  • Die Projektpartner definierten drei neue Leitkonzepte, die auf drei unterschiedlichen Speichertechnologien (Flüssigsalz- und Feststoffspeichern als auch Ruths-Speicher) basieren. Zwei Leitkonzepte davon, welche in den Wasserdampf-Kreislauf integriert werden, eignen sich für Bestandkraftwerke.

Auch in den nächsten Dekaden werden konventionelle Kraftwerke zum Ausgleich der fluktuierenden EE-Stromerzeugung benötigt. Die verbleibenden konventionellen Kraftwerke müssen aber deutlich flexibler auf die schwankende Residuallast reagieren können, als es ihrer ursprünglichen Auslegung entspricht. Im Forschungsvorhaben FLEXI-TES untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie Kohlekraftwerke diese Fähigkeit durch die Integration von Wärmespeichern erlangen können.

Projektkontext

Wenn es gelingt die Flexibilität von neuen Kraftwerken und Bestandsanlagen zu steigern, leistet dies einen wesentlichen Beitrag zum Gelingen der Energiewende. Ein technisch und wirtschaftlich erfolgversprechender Ansatz ist die Integration eines thermischen Energiespeichers (TES).

Im Forschungsprojekt „FLEXI-TES“ werden solche Konzepte für bestehende und neue Kohlekraftwerke mit unterschiedlichen Speichertypen erarbeitet. Dafür kommen insbesondere Flüssigsalzspeicher, Feststoffspeicher und Ruths-Speicher, deren Kapazität durch PCM-Kapseln (phase-change-material) vergrößert wird, in Betracht. Das Augenmerk liegt zum einen auf der technischen Realisierbarkeit und zum anderen auf der Wirtschaftlichkeit eines solchen Konzeptes.

Forschungsfokus

In einem ersten Schritt erarbeiten die Wissenschaftlerteams die Zielgrößen und Spezifikationen für flexible Kohlekraftwerke der Zukunft. Dabei gehen sie von dem Vorgänger-Projekt „Partner-Dampfkraftwerk“ aus. Sie vertiefen die dort identifizierten Konzepte für die Speicherintegration und entwickeln neue Konzepte. Ziel ist, verschiedene Leitkonzepte zu identifizieren.

In der zweiten Phase untersuchen sie die Leitkonzepte detailliert durch Simulationen und Experimente. Das Konzept der Speicherintegration berücksichtigt die anderen Hauptkomponenten, wie Dampferzeuger und Turbine und umfasst Betriebsstrategien und leittechnische Integrationskonzepte. Am Ende stehen die techno-ökonomische Optimierung und die Ausarbeitung von Planungsgrundlagen für ein nachfolgendes Demonstrationsprojekt an.

Innovation

Obwohl die effektive Integration von Wärmespeichern in den Kraftwerksprozess eine Schlüsselmaßnahme zur Flexibilisierung von Kohlekraftwerken ist, wurden sie bisher ausschließlich bei Insellösungen oder in speziellen Versorgungsgegebenheiten realisiert. Auch aktuell untersucht kein öffentlich gefördertes Projekt diesen Ansatz, abgesehen von Fernwärmespeicherprojekten. In FLEXI-TES soll diese Maßnahme daher umfassend und ganzheitliche erforscht werden. Dies beginnt bei der Komponente Wärmespeicher und reicht über die Integration in den Prozess bis hin zum Verhalten des gesamten Kraftwerksprozesses und dessen verbessertem wirtschaftlichen Einsatz dank der Wärmespeicherintegration.

Ergebnisse

Für die Integration von thermischen Energiespeichern in Kohlekraftwerke wurden verschiedene Konzepte erarbeitet und anschließend vergleichend bewertet. Hierbei flossen technische und wirtschaftliche Aspekte ein, die aus den Auslegungsarbeiten für Speicher und Systemsimulationsarbeiten resultieren. Aber auch weiche Kriterien, welche durch Experten der beteiligten Partner qualitativ abgeschätzt wurden, spielten eine wichtige Rolle.

Im Ergebnis konnten die Projektpartner drei Leitkonzepte definieren, die auf drei verschiedenen Speichertechnologien basieren. Vorgesehen sind neben Flüssigsalz- und Feststoffspeichern auch Ruths-Speicher, deren Kapazität durch PCM-Kapseln vergrößert wird.

Zwei der drei Leitkonzepte erwiesen sich als besonders aussichtsreich für die Integration in Bestandkraftwerke. Die Forscherteams wollen sie daher weiterverfolgen und gegebenenfalls Demonstrationsprojekte vorbereiten.

Letzte Aktualisierung: 21.12.2018

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