Thermische Speicher als Wärmequelle für sCO₂-Prozesse

Die langfristige Klimastrategie der EU und der Europäische Green Deal betonen die zentrale Rolle der erneuerbaren Energien für ein sauberes Energiesystem und die Dekarbonisierung. Trotz des technologischen Fortschritts und der Kostensenkungen erfordern der stochastische Charakter von Wind- und Solarenergiequellen eine rasche Entwicklung von Energiespeichern in großem Maßstab, um die Versorgungssicherheit des gesamten Stromsystems zu erhöhen. Die größte Herausforderung bei der Integration von 100 % erneuerbaren Energiequellen (EE) in das Energiesystem ist der Mangel an groß angelegten Energiespeichern, um die intermittierende erneuerbare Energie handhabbar zu machen. Das CO₂-basierte elektrothermische Energie- und geologische Speichersystem ist ein Konzept mit hohem Risiko und hohem Nutzen, das darauf abzielt, eine hocheffiziente, kosteneffiziente und skalierbare Energiespeichertechnologie zu entwickeln, indem die Integration transkritischer CO₂-Zyklen mit unterirdischer Energiespeicherung durch gleichzeitige CO₂-Speicherung und geothermische Wärmegewinnung ermöglicht wird.

Dieses Konzept hat außergewöhnliche Eigenschaften in Bezug auf:

• Integration erneuerbarer Energien
• skalierbare und bis zu groß angelegte Energiespeicherung
• kombinierte geologische CO₂-Sequestrierung
• Fähigkeit zur Integration mit großen CO₂-Produzenten
• Integration von Heizung und Kühlung
• geringe Umweltauswirkungen und Kosten

Das Konzept basiert auf einem Hybridsystem zur Energiespeicherung und unterirdischen Kohlenstoffnutzung in einem geschlossenen Kreislauf als Wärmeträger. Wenn es erfolgreich ist, würde es eine hohe Energiespeicherkapazität durch die unterirdische Lagerung und die teilweise CO₂-Sequestrierung im Boden ermöglichen. Es nutzt die Synergien von transkritischen Systemen und unterirdischer Speicherung mit hohen Energiekapazitäten im Vergleich zu reinen Oberflächentanks und zusätzlichen Beiträgen von Thermosiphon und Erdwärme. Es ist mit geringen Kosten und Umweltauswirkungen verbunden. Es handelt sich um ein Trigenerationssystem, das Strom, Wärme und Kälte liefern kann. Die größten Herausforderungen bei der Weiterentwicklung dieses Konzepts liegen in der Schnittstelle zwischen dem transkritischen Kreislauf und der unterirdischen Speicherung.

Weitere Informationen: CEEGS Projekt

Publikationen

• Unger, S.; Fogel, S.; Schütz, P.; Ramirez, R. C.; Carro, A.; Carneiro, J.; Hampel, U.
  The sCO₂ facility CARBOSOLA: Design, purpose and use for investigating geological energy storage cycles
  Proceedings of the ASME Turbo Expo 2024, DOI: 10.1115/GT2024-122133
• Patent: Unger, Hampel (2024)
  Wärmespeicher
  DE10 2023 123 958.9

Förderung

Novel CO₂-based Electrothermal Energy and Geological Storage system – CEEGS (HORIZON, Grant number 101084376). Die Verantwortung für den Inhalt liegt beim Autor.