Energiespeicher - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 598

Tab. 8.1 Thermophysikalische Daten einiger potenzieller einphasiger Speichermedien sowie deren
volumenspezifischer Wärmekapazität, gewichtsspezifischer Kosten und Kosten pro thermisch
erzeugter Kilowattstunden (Barlev et al. 2011 )
Speicherme-
dium

T min T max c p Kosten/

kg

Kosten/
kWh th

ρ λ ( c p . ρ)

(°C) (°C) (kg/m 3 ) W/(mK) (J/(kg K)) (kWh/(m 3 K)) US $/kg US $/kWh th

Wasser 50 140 1000 0.67 4180 1.161 10 -4

Mineralöl 200 300 770 0.12 2600 0.556 0.3 4.2

Synthetiköl 250 350 900 0.11 2300 0.575 3.0 43.0

Silikonöl 300 400 900 0.10 2100 0.525 5.0 80.0

Nitritsalze 250 450 1825 0.57 1500 0.760 1.0 12.0

Nitratsalze 265 565 1870 0.52 1600 0.831 0.5 3.7

Carbonatsalze 450 850 2100 2.0 1800 1.050 2.4 11.0

Natrium 140 550 850 71 1300 0.307 2.0 21.0

Hochtemperaturspeicher auf Grund der erforderlichen hohen Drücke trotz des niedrigen
Medienpreises wenig konkurrenzfähig ist.
Salze weisen im Vergleich mit den Ölen auch ein höheres nutzbares Temperaturband
auf, das sie unter energetischen Aspekten interessant macht. Gleichzeitig verfügen sie über
eine signifikant höhere Wärmeleitfähigkeit als Öle und auch als Wasser. Sie erlauben da-
mit eine schnelle und flexible Betriebsdynamik. Aber ähnlich wie bei den Ölen ist ihre
thermische Stabilität begrenzt. Bei den Salzen kommt es zu einer Dissoziation, beispiels-
weise zersetzen sich Nitratsalze oberhalb einer bestimmten Temperatur zunächst partiell
(Kaliumnitrat KNO 3 in KNO 2 + O 2 ab 400 °C) und schließlich bei weiter wachsenden Tem-
peraturen vollständig. Das entstehende Produkt Sauerstoff ist brandfördernd, so dass zum
einen entsprechende Sicherheitsanalysen sowie anlagentechnische und bauliche Vorkeh-
rungen getroffen werden müssen, um einen sicheren Betrieb des Speichers nachweisen zu
können. Der Einsatz von Salzen erfordert aufwändige Studien zur Materialkompatibilität.
Einige Salze zersetzen sich reversibel, so dass bei ihnen auch die Latentwärmenutzung eine
zusätzliche Speicheroption bietet. Es ergibt sich damit eine erhöhte volumetrische Energie-
speicherdichte (vergleiche Kap. 8.4 Latentwärmespeicher und Tab. 8.3 ). Nachteilig wieder-
um bei Salzen ist ihre relativ hohe Schmelztemperatur, die je nach Wahl der Salzmischung
zwischen 100 °C und mehreren hundert Grad Celsius liegt. Damit müssen spezielle Vor-
kehrungen getroffen werden, damit das Fluid zu keinem Zeitpunkt des Anlagenbetriebs in
den Leitungen und Armaturen einfrieren kann.
Öle zersetzen sich oberhalb einer bestimmten Temperatur zumeist irreversibel. In Folge
ändern sich dadurch ihre thermischen Eigenschaften zum Teil erheblich. Wurden in den
ersten solarthermischen Kraftwerken (SEGS- vergl. Tab. 8.2 ) noch Mineralöle eingesetzt,
so wurden zur Steigerung der Temperatur und damit des Wirkungsgrads der Speicher
und letztlich des Kraftwerks spezielle Öle entwickelt, die einen Einsatz bei höheren Tem-
peraturen mit geringerer Dissoziationsrate erlauben. Ein Beispiel hierfür sind Biphenyl-