Testanläggning för flytande metaller på KIT. Flytande metaller är särskilt lämpade för överföring av höga värmeeffekter. Ett av målen med NADINE är att studera deras användning i termiska energilagringssystem. Kredit:Karsten Litfin/KIT
På väg mot en CO 2 -neutralt energisystem, lagring av stora mängder energi är fortfarande ett olöst problem. I framtiden, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), tyska Aerospace Center (DLR), och Stuttgart universitet planerar att gemensamt utveckla lämpliga energilagringssystem. För det här syftet, forskningsinstitutionerna har nu enats om inrättandet av en forskningsinfrastruktur, den nationella demonstratorn för isentropisk energilagring (NADINE). Testanläggningen för utveckling av kraftlagersskaliga energilagringssystem kommer att byggas i Karlsruhe och Stuttgart.
Energilagringssystem som klarar fluktuerande vind- och solenergiproduktion är oumbärliga för framgången med energiomställningen. Än så länge, dock, platsoberoende och lågkostnadssystem för kraftverk i skala har fortfarande saknats. Av denna anledning, UTRUSTNING, DLR, och Stuttgart universitet planerar gemensam konstruktion av forskningsanläggningen NADINE (National Demonstrator for Isentropic Energy Storage) för utveckling av billiga och nästan förlustfria energilagringssystem. Med hjälp av NADINE, det är planerat att studera användningen av flytande metaller för nya termiska lagringssystem. Den exakta utformningen av forskningsanläggningen utvecklas för närvarande inom ramen för ett projekt med 18 månaders varaktighet som startade tidigt i år. Designprojektet finansieras av förbundsministeriet för ekonomi och energi och Baden-Württemberg ministerium för ekonomi. Den 08 oktober, 2018 tecknade de tre forskningsinstitutionerna ett avtal i Stuttgart om upprättande av forskningsinfrastruktur i Karlsruhe och Stuttgart.
"Stora utmaningar som samhället står inför, som energiomställningen, kan bara bemästras genom att gå samman och nära samarbete, "säger professor Oliver Kraft, KIT Vice ordförande för forskning. "Jag är mycket glad att vi kommer att kunna bidra med vår expertis inom teknik för flytande metall till NADINE. Tillsammans med våra partners, Vi kommer avgörande att driva utvecklingen av de brådskande energilagringssystemen i kraftverk. "Det nya forskningssamarbetet samordnas av DLR. Professor Pascale Ehrenfreund, som är ordförande för DLR:s styrelse, säger:"Energiomställningen är en av de angelägna utmaningarna för vårt samhälle. Med utvecklingen av lagringssystem, DLR arbetar med lösningar för ett av de viktigaste ämnena inom energiforskning. Effektiva lagringssystem kan garantera tillförlitlig energiförsörjning med en ständigt ökande andel förnybara energikällor. Dessutom, stora värmelagringssystem kan bidra till att minska CO 2 utsläpp av kolkraftverk efter deras rekonstruktion till värmelagerkraftverk världen över. "
Carnotbatterier i tidigare koleldade kraftverk
Lagring av elektrisk energi i gigawatt-timmars skala är redan möjlig med pumplagerkraftverk och batterilagringssystem. Dock, det är knappast möjligt att bygga några extra pumplagerkraftverk i Tyskland. Batterilagringssystem av denna dimension är för dyra och har inte tillräcklig hållbarhet. Konceptet NADINE täcker utvecklingen av flexibla och nästan förlustfria energilagringssystem, så kallade isentropiska lagringssystem. En isentropisk process sker i ett slutet system utan värme eller massutbyte med omgivningen. Ett mycket lovande koncept för ett isentropiskt lagringssystem är Carnot -batteriet. Här, elektrisk kraft omvandlas till värme med hjälp av värmepumpar och, om nödvändigt, tillbaka till el. Implementering av sådana värmelagerkraftverk i stor skala är genomförbar när man använder den befintliga infrastrukturen för nedlagda kolkraftverk. I koalitionsavtalet, förbundsregeringen förklarade sin avsikt att göra det som ett bidrag till klimatskyddet.
NADINE -forskningsinfrastrukturen kommer att utformas för tre typiska temperaturnivåer i energilagringssystem och omvandlare. I Stuttgart, ett lågtemperatur- och ett högtemperaturlaboratorium för teknik upp till cirka 700 ° C planeras. De kommer att användas för att studera innovativa koncept för Carnot -batterier. "Genom en smart kombination av värmepumpar, värme- och kyllagringssystem, och värmemotorer, vi kan inte bara lagra elektrisk energi, men generera ytterligare fördelar, såsom kylning av datacentraler, säger professor André Thess, koordinator för NADINE och direktör för DLR Institute of Engineering Thermodynamics. Modulen för temperaturer över 600 ° C kommer att byggas i Karlsruhe. Det kommer att tillämpas för att studera användningen av flytande metaller för Carnot -batterier och termiska lagringsenheter. "Flytande metaller har utmärkta värmeöverföringsegenskaper och kan användas vid mycket höga temperaturer, "säger professor Thomas Wetzel från KIT:s Institute of Thermal Process Engineering." Forskning inom teknik för flytande metall fokuserar för närvarande på utvecklingen av lovande innovativa processer för högeffektiv omvandling av värme till elektrisk energi och bränslen, som är utmärkt lämpade för NADINE -konceptet. "På NADINE -laboratorierna, kylflänsar och värmekällor kommer att göras tillgängliga via en "värmeplattform". Här, enskilda komponenter och kompletta isentropiska energisystem kommer att studeras liknande arbete i en vindtunnel. Forskare kommer att testa hur de olika lagringsenheterna måste utformas, vilka material som passar, och hur de enskilda komponenterna interagerar på bästa möjliga sätt.
Forskning om lagringssystem för termisk energi åtnjuter alltmer popularitet i det internationella vetenskapliga samfundet. Nobelprisvinnaren i fysik Robert Laughlin vid Stanford University var hedersgäst när avtalet om upprättandet av NADINE undertecknades. Laughlin är initiativtagare till MALTA -lagringsprojektet för Google X. I en föreläsning vid Stuttgart University, han förespråkade värmebaserad ellagring som nu ska utvecklas inom ramen för NADINE.
