Wärmespeicher

Ob in der Fernwärme, zur flexiblen Nutzung industrieller Abwärme, in der Sektorenkopplung oder für die Heizung im Keller – Wärmespeicher sind ein essenzieller Baustein des zukünftigen Energiesystems. So vielfältig wie ihre Anwendungsmöglichkeiten sind auch die Arten von Wärmespeichern.  

Wärmespeicher dienen dazu, die Erzeugung und Nutzung von Wärme zeitlich zu entkoppeln. Damit schaffen sie die Möglichkeit, Energie aus erneuerbaren Quellen oder Abwärme aus industriellen Prozessen flexibel nutzbar zu machen. Auch bei der Sektorenkopplung spielen Wärmespeicher somit eine große Rolle und tragen insgesamt entscheidend zur Energiewende bei. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Kapazität, der Speicherdauer und dem Temperaturniveau.

Wärmespeicher lassen sich in drei Hauptgruppen unterteilen:  

Bei sensiblen Wärmespeichern erhöht sich die Temperatur des Speichermediums bei der Zuführung von Wärme. Im Temperaturbereich unter 100 °C bietet sich aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und der günstigen Verfügbarkeit meist Wasser als Speichermedium an. Bei höheren Temperaturen kommen z. B. Beton, Kies, Salzschmelzen oder Thermoöle infrage. Typische Umsetzungsfälle sensibler Speicher sind Behälterspeicher, Erdbecken oder in Quartieren auch Aquifer- oder Erdsondenspeicher.  

Latentwärmespeicher ändern bei der Zuführung von Wärme ihren Aggregatzustand von fest zu flüssig. Da dieser Prozess bei annähernd konstanter Temperatur des Speichermediums stattfindet, sind sie vor allem für Anwendungen mit geringen Temperaturdifferenzen geeignet, z. B. Kälteanwendungen. Ein bekanntes Beispiel sind Eisspeicher, die im Winter in Kombination mit Wärmepumpen zum Heizen und im Sommer zum Kühlen eingesetzt werden können.  

Thermochemische Speicher speichern Wärme durch Zusammenführung bzw. Trennung von mindestens zwei Stoffen. Bei diesem Vorgang wird Wärme abgegeben bzw. aufgenommen. Thermochemische Speicher weisen in der Regel eine relativ hohe Speicherdichte und geringe Wärmeverluste auf, wodurch sie besonders zur Langzeitspeicherung geeignet sind. Ein Beispiel für thermochemische Speicher sind Sorptionsspeicher. Der Großteil dieser Speicher befindet sich noch in der Entwicklung.  

Im Zuge der voranschreitenden Energiewende gewinnt der Einsatz von Wärmespeichern zunehmend an Bedeutung. Bereits standardmäßig werden dezentrale Pufferspeicher mit Wasser als Medium in Heizungsanlagen eingesetzt, die Wärme über einen Zeitraum von Stunden bis Tagen speichern können. Große zentrale Wärmespeicher mit Speicherdauern von Tagen bis Monaten rücken mehr und mehr in den Fokus, da fossile Wärmequellen in Wärmenetzen durch klimafreundliche, teilweise fluktuierende Quellen ersetzt werden. Weiterhin gewinnt ihre Rolle als Zwischenspeicher in industriellen Prozessen und zur Nutzbarmachung von Abwärme oder in solarthermischen Kraftwerken an Bedeutung.

Durch Sektorenkopplung z. B. mithilfe von Großwärmepumpen oder Wärmepumpen in Haushalten tragen thermische Speicher dazu bei, das Stromnetz aus fluktuierenden Eerneuerbaren Energien zu stabilisieren. Wärmespeicher bieten dadurch auch die Möglichkeit, flexible Strompreise zu nutzen. In thermischen Kraftwerken, wie z. B. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK), tragen thermische Speicher ebenfalls zur Flexibilisierung und zum optimierten Betrieb bei. Im Bereich der Raumheizung kann auch die thermische Masse von Gebäuden als Kurzzeitwärmespeicher dienen, und so zu einem Lastmanagement beitragen und Lastspitzen verringern. Die thermische Masse kann durch Gebäudedämmung erhöht werden.