Energiespeicher - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 604

Abb. 8.8 a Quartz oder
Sand als Thermospei-
chermaterial eines Ein
tank- Thermoklinen-
speichers (Brosseau et al.
2004 ). b Schemaskizze zur
Berechnung des erforder-
lichen Speichervolumens
und -abmessungen eines
Thermoklinenspeichers
Leistungsfähigkeit nachweisen, stellten aber fest, dass sich mit zunehmender Betriebsdau-
er Ablagerungen auf dem Füllmaterial wie auch Ausscheidungen im Salz bilden.
Bei einem Thermoklinenspeicher des Durchmessers D , der mit einem porösen Bett
eines Quarzgesteins der Höhe h gefüllt ist, ergibt sich an Behälterboden und -decke eine
isotherme Schicht, in der kein Füllmaterial eingesetzt wird (Abb. 8.8 b). Diese Verteilungs-
bereiche sind deshalb notwendig, um gleichmäßige Ein- und Ausströmbedingungen am
Ein-/Ausgang des Speichers sicherzustellen, damit eine gute thermische Stratifikation im
Speicher erreicht werden kann. Das Thermofluid (zumeist geschmolzenes Salz) durch-
strömt das Füllstoffbett von oben nach unten im Beladungshalbzyklus und heizt das Füll-
material auf. Im Entladungszyklus fördert die Entladungspumpe das Fluid in die entgegen-
gesetzte Richtung durch das Speicherbett und die Wärme wird in den Kraftwerkszyklus
eingespeist. Mit fortlaufender Entladung nimmt die Höhe des heißen Bereichs des Spei-
chers kontinuierlich ab.
Lediglich ein Teil der im Speicher bevorrateten thermischen Energie bei hohen Tempe-
raturen kann als Nutzenergie in dem Sinne zurückgewonnen werden, dass er zur elektri-
schen Energieerzeugung herangezogen werden kann. Das Verhältnis der Hochtemperatur-
energieausspeicherung zur eingespeicherten Menge wird als Effizienzverhältnis ( efficiency
metric ) bezeichnet. Eine hohe Entladungseffizienz ergibt sich bei geringer Entladungsleis-
tung und gleichzeitig hoher thermischer Energie. Da sich die Entladungsleistung aus dem
Produkt des Durchflusses, die proportional zur Reynolds-Zahl Re ist, und dem konvektiv
konduktiven Wärmeübergang, der durch die molekulare Prandtl-Zahl Pr gegeben ist, zu-
sammensetzt, nimmt die Entladungseffizienz mit einem großen Produkt ( Re · Pr ) rapide
ab (Yang und Garimella 2010 ).
Abhängig von den Thermofluidkosten ergeben sich bei Thermoklinenspeichern erheb-
lich kleinere Kosten pro kWh gespeicherte Energie gegenüber Zweitank Speichersystemen.
Aber zur Aufrechterhaltung der Speicherkapazität einer Thermokline muss zu jedem Zeit-
punkt sichergestellt sein, dass eine Temperatursprungschicht innerhalb des Tanks gegeben
ist. Breitet sich der Temperatursprung über den gesamten Tank aus, so ist der Wirkungs-
grad des Speichers mehr als bescheiden.