NADINE:Energilagring i kraftværksskala

På vej mod en CO ₂ -neutralt energisystem, opbevaring af store mængder energi er stadig et uløst problem. I fremtiden, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), det tyske luftfartscenter (DLR), og Stuttgart Universitet planlægger i fællesskab at udvikle passende energilagringssystemer. Til dette formål, forskningsinstitutionerne er nu blevet enige om etablering af en forskningsinfrastruktur, National Demonstrator for Isentropic Energy Storage (NADINE). Testfaciliteten til udvikling af energilagringssystemer i kraftværksskala vil blive bygget i Karlsruhe og Stuttgart.

Energilagringssystemer, der er i stand til at klare svingende vind- og solenergiproduktion, er uundværlige for at lykkes med energiomstillingen. Indtil nu, imidlertid, lokationsuafhængige og billige lagringssystemer i kraftværksskala har stadig manglet. Af denne grund, SÆT, DLR, og Stuttgart Universitet planlægger fælles konstruktion af forskningsfaciliteten NADINE (National Demonstrator for Isentropic Energy Storage) til udvikling af billige og næsten tabsfrie energilagringssystemer. Ved hjælp af NADINE, det er planlagt at undersøge brugen af ​​flydende metaller til nye termiske lagringssystemer. Det nøjagtige design af forskningsfaciliteten udvikles i øjeblikket inden for rammerne af et projekt på 18 måneders varighed, der startede tidligt i år. Designprojektet er finansieret af forbundsministeriet for økonomiske anliggender og energi og Baden-Württembergs økonomiministerium. Den 08. oktober, I 2018 underskrev de tre forskningsinstitutioner en aftale i Stuttgart om etablering af forskningsinfrastrukturen i Karlsruhe og Stuttgart.

"Store udfordringer for samfundet, såsom energiomstillingen, kan kun mestres ved at gå sammen og tæt samarbejde, " siger professor Oliver Kraft, Vicepræsident for KIT for forskning. "Jeg er meget glad for, at vi vil kunne bidrage med vores ekspertise inden for flydende metalteknologier til NADINE. Sammen med vores partnere, vi vil afgørende skubbe udviklingen af ​​de presserende behov for energilagringssystemer i kraftværksskala." Det nye forskningssamarbejde koordineres af DLR. Professor Pascale Ehrenfreund, der er formand for DLRs direktion, siger:"Energiomstillingen er en af ​​de presserende udfordringer, som vores samfund står over for. Med udviklingen af ​​lagersystemer, DLR arbejder på løsninger til et af de centrale emner inden for energiforskning. Effektive lagringssystemer kan garantere pålidelig energiforsyning med en konstant stigende andel af vedvarende energikilder. I øvrigt, store termiske lagringssystemer kan bidrage til at reducere CO ₂ emissioner fra kulfyrede kraftværker efter deres rekonstruktion til varmelagerkraftværker over hele verden."

Carnot-batterier i tidligere kulfyrede kraftværker

Lagring af elektrisk energi på gigawatt-timers skala er allerede mulig med pumpelagerkraftværker og batterilagringssystemer. Imidlertid, det er næppe muligt at bygge yderligere pumpekraftværker i Tyskland. Batteriopbevaringssystemer af denne dimension er for dyre og har ikke tilstrækkelig holdbarhed. NADINEs koncept dækker over udviklingen af ​​fleksible og næsten tabsfrie energilagringssystemer, såkaldte isentropiske lagringssystemer. En isentropisk proces foregår i et lukket system uden varme- eller masseudveksling med omgivelserne. Et meget lovende koncept for et isentropisk opbevaringssystem er Carnot-batteriet. Her, el omdannes til varme ved hjælp af varmepumper og, Hvis det er nødvendigt, tilbage til elektricitet. Implementering af sådanne varmelagringskraftværker i stor skala er mulig, når man bruger den eksisterende infrastruktur af nedlagte kulkraftværker. I koalitionsaftalen Forbundsregeringen erklærede, at den havde til hensigt at gøre det som et bidrag til klimabeskyttelse.

NADINEs forskningsinfrastruktur vil blive designet til tre typiske temperaturniveauer i energilagringssystemer og omformere. I Stuttgart, der er planlagt et lavtemperatur- og et højtemperaturlaboratorium for teknologier på op til omkring 700°C. De vil blive brugt til at studere innovative koncepter for Carnot-batterier. "Ved en smart kombination af varmepumper, varme- og kuldelagringssystemer, og varmemotorer, vi kan ikke kun lagre elektrisk energi, men skaber yderligere fordele, såsom køling af computercentre, " siger professor André Thess, koordinator for NADINE og direktør for DLR Institute of Engineering Thermodynamics. Modulet til temperaturer over 600°C bygges i Karlsruhe. Det vil blive anvendt til at undersøge brugen af ​​flydende metaller til Carnot -batterier og termiske lagerenheder. "Flydende metaller har fremragende varmeoverførselsegenskaber og kan bruges ved meget høje temperaturer, " siger professor Thomas Wetzel fra KIT's Institute of Thermal Process Engineering. "Forskning i flydende metalteknologi fokuserer i øjeblikket på udviklingen af ​​lovende innovative processer til højeffektiv omdannelse af varme til elektrisk energi og brændstoffer, som er fremragende egnet til NADINE-konceptet." På NADINE-laboratorierne, køleplader og varmekilder stilles til rådighed via en "varmeplatform". Her, individuelle komponenter og komplette isentropiske energisystemer vil blive undersøgt svarende til arbejde i en vindtunnel. Forskere vil teste, hvordan de forskellige lagerenheder skal designes, hvilke materialer er egnede, og hvordan de enkelte komponenter interagerer bedst muligt.

Forskning i termiske energilagringssystemer i stor skala nyder i stigende grad popularitet i det internationale videnskabelige samfund. Fysik Nobelprisvinderen Robert Laughlin fra Stanford University var æresgæst, da aftalen om etableringen af ​​NADINE blev underskrevet. Laughlin er initiativtager til MALTA -lagringsprojektet til Google X. I et foredrag holdt ved Stuttgart University, han gik ind for varmebaseret ellager, der nu skal udvikles inden for rammerne af NADINE.