Um diese Emissionen zu reduzieren und das ganze Energysystem zu dekarbonisieren, müssen technische Lösungen in Betracht gezogen werden, welche alle Sektoren berücksichtigen und nicht nur die Stromerzeugung. Der elektrothermische Energiespeicher von MAN (ETES) bietet ein skalierbares und CO2-neutrales Sektorkopplungssystem.
Was ist die Innovation?
ETES dient sowohl der Produktion, Speicherung und der Abgabe grosser Energiemengen in Form von Wärme und/oder Kälte. Darüberhinaus ist ETES ein grosser, nachhaltiger Stromspeicher mit einer Kapazität von hunderten von MWh. Das von MAN Energy Solutions und ABB entwickelte System eines elektrothermischen Energiespeichers basiert grundsätzlich auf dem Prinzip eines reversiblen Wärmepumpen-Kreislaufes mit dazugehöriger Energiespeicher-Funktion. Im Ladeprozess, wird über einen Kompressor Wärme in einen Wasserspeicher eingelagert. Beim Entladeprozess wird die gespeicherte thermische Energie durch einen «Umkehrprozess» über eine Turbine mit Generator in Elektrizität umgewandelt.
Das MAN ETES-System empfiehlt sich für die Sektorkupplung mit Nutzern aus unterschiedlichen Branchen: z. B. Data Center (Kühlung) und Fernwärme-Netz-Betreiber (Wärme).
Welche Verbesserung wurde erzielt?
ETES ist eine Hochtemperatur-Wärmepumpe, die mit einer Stufe nutzbare Temperaturen von 0 ° bis zu 150 °C bereitstellt. Die elektrische Leistungsaufnahme des ETES-Systems liegt bei 2,5 – 15 MW. Dies ermöglicht bei einer Leistungsziffer grösser als 6 die Auf- oder Abgabe von thermischer Energie von über 2000 MWh täglich. Im Vergleich zu anderen grünen und nachhaltigen Stromspeichersystemen liegt die Rückverstromungs-Effizienz z. Zt. bei ca. 50 %. In absehbarer Zukunft wird eine Roundtrip-Effizienz von 60 % möglich sein. Die grossen Wärme-/Kälte-Speicher von ETES verleihen dem Betreiber Flexibilität im Energiemanagement und helfen mittels Nutzung von Arbitrageeffekten, Energiekosten zu senken.
Die Lebensdauer ist mit 35 Jahren veranschlagt. Im Gegensatz zu anderen Stromspeichersystemen auf chemischer Basis sind beim diskutierten Konzept während seiner gesamten Lebensdauer keine Leistungsminderungen zu erwarten.
Welche CO2-Einsparung wurde bisher erreicht?
Die CO2-Einsparung kann nur fallweise diskutiert werden, weil ETES andere Systeme ersetzt oder ergänzt. Für ein Spital-Projekt in Irland wurden Einsparungen von mehr als 10'000 Tonnen CO2 pro Jahr errechnet – dies bei einem Wärmebedarf von ca. 6 MWh pro Tag. Vergleichsbasis war ein Biogas-Boiler. Da ETES auch für die gleichzeitige Kälteerzeugung und Speicherung konzipiert ist, können bei diesem Projekt jährlich mehr als 5000 Tonnen CO2 eingespart werden, da auf ein paralleles Kälte-System verzichtet werden kann.
Welche CO2-Einsparung wird prognostiziert?
Würden wir den Referenzfall «Spital» auf andere Anwendungsfälle, wie Molkereien, lebensmittelverarbeitende Betriebe, Data-Center etc. rechnerisch übertragen, liessen sich bei 30 gebauten Anlagen bezogen auf die Schweiz jährlich 450'000 Tonnen CO2-Emissionen einsparen.
Welche Herausforderungen durchlief das Projekt?
Technisch erwarten wir bei der kommerziellen Realisierung des ersten Projekts keine grossen Überraschungen. Das ETES-Konzept basiert auf bekannter Wärmepumpen-Technologie, bewährten und verfügbaren Einzelkomponenten und hinlänglich bekannten physikalischen Vorgängen und Kreisprozessen.
Schwierig gestaltet sich die Markteinführung, weil potentielle Kunden uns nicht kennen und die Möglichkeiten des ETES-Systems in der Industrie und Gewerbe unbekannt sind. Diese Leistungsdimensionen sind für etablierte Wärmepumpen ungewöhnlich. Der Anwendermarkt muss die Vorteile von ETES zuerst kennenlernen und die Möglichkeiten vollständig evaluieren.
Welchen Beitrag leistet diese Innovation zum Erhalt und Förderung der Biodiversität?
Auf die Biodiversität sind keine direkten Effekte zu erwarten, jedoch ist das System auf diversen Aspekten umweltfreundlich. Der primäre Antrieb von ETES ist elektrischer Strom. ETES ist CO2-neutral und emittiert keinerlei Schadstoffe (z. B. Feinstaub oder Abgase). Beim Betrieb mit grünem Strom unterstützt das System zu 100 % die Dekarbonisierung der Gesellschaft. Höchste Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit wird durch den Einsatz von CO2 als Kältemittel und Wasser als Medium zur Wärme-/ Kältespeicherung erreicht. Zudem lässt sich ETES beim Rückbau zu mehr als 90 % dem Wert-Kreislauf zuführen, es entstehen keine problematische Abfallstoffe. Alle ETES-Kreisläufe sind zudem geschlossen und setzen keine Emissionen frei. Das gilt auch für den ölfreien Kompressor.