Kältespeicher

Die Speicherung von Kälte bietet energetische, ökonomische und ökologische Vorteile und spielt hauptsächlich in der Gebäudeklimatisierung sowie zur Technikkühlung eine Rolle. Es existiert eine Vielzahl an geeigneten Speichermaterialien und -konstruktionen. Jedoch sind in Deutschland nur wenige Projekte realisiert worden. /Meyer 1/
Für die Effizienz und den damit verbundenen Speicherkosten ist vor allem das Zusammenspiel von Kälteerzeuger und dem Speicher entscheidend. Als Kälteerzeuger kommen hauptsächlich Kältemaschinen zum Einsatz. Aber auch oberflächennahe Erdschichten bzw. Gewässer weisen im Winter niedrige Temperaturen auf, sodass sie als Kältequelle dienen können. Die Speicher selbst sind ähnlich den Wärmespeichern aufgebaut und in vielen Varianten vorzufinden.

1. Vorteile

• Die energetischen Vorteile liegen bei der Verwendung von Kältemaschinen in der Reduzierung der zu Hochlastzeiten auftretenden elektrischen Leistungsaufnahme. Es muss weniger Strom aus dem Netz bezogen werden, was eine Entlastung der Kraftwerke zur Folge hat. Der Speicher kann beispielsweise über Nacht, zu günstigen Strompreisen, aufgeladen werden und tagsüber seine Kälte an die Verbraucher abgeben. Auch ist damit der Betrieb der Kältemaschinen am Auslegungspunkt gewährleistet, wodurch bessere Leistungszahlen erzielt werden. Durch dieses Konzept kann eine hohe Gesamteffizienz mit geringen Verlusten erreicht werden.
• Ökonomisch betrachtet sind die Investitionskosten eines Speichers häufig niedriger als über lange Zeit eine Kältemaschine in Teillast zu betreiben, auch deswegen, weil die verbrauchsgebundenen Kosten (z.B. Strom) zu besseren Konditionen bezogen werden können.
• Die technischen Vorteile sind sehr vielseitig. So kann der Speicher, welcher auch nachträglich aufrüstbar ist, eine sehr viel flexiblere Betriebsweise der Anlagen sicherstellen. Er stellt durch seinen einfachen Aufbau kaum Anforderungen an die Technik, kann aber bei Engpässen in Spitzenlastzeiten eine Versorgungssicherheit gewährleisten. /Urbaneck et al./

2. Speicherstoffe

Für die Kältespeicherung ist der Einsatz verschiedener Speicherstoffe, sowie der damit verbundenen physikalischen und chemischen Vorgänge möglich. Die einfachste Art und Weise ist die Nutzung der Temperaturänderung als Speicherbasis. Hierbei wird Wasser bzw. ein wässriges Gemisch eingesetzt. Durch die Zumischung anderer Fluida kann dabei der Gefrierpunkt deutlich gesenkt werden. Auch die Nutzung des Erdreichs als preiswerte Speichermasse ist möglich.
Wie auch bei den Wärmespeichern kann ebenfalls der Phasenwechsel eines Mediums genutzt werden. Dabei wird der Übergang flüssig-fest favorisiert. Als Speicherstoff wird im einfachsten Fall Wasser verwendet. Andere Speicherstoffe, sogenannte Phase Change Materials (PCMs), sind beispielsweise Paraffine, Salzhydrate oder Fettsäuren. Des Weiteren kann bei Trockeneis der Phasenübergang festgasförmig und bei Flüssiggas flüssig-gasförmig genutzt werden, um sehr tiefe Temperaturen zu erzeugen.
Als dritte Möglichkeit kann Kälte durch Adsorption bzw. Desorption von Wasser an speziellen Materialien gespeichert werden. Hierbei kommen sehr poröse Stoffe mit großen Oberflächen zum Einsatz, an denen sich die Wassermoleküle anlagern können. Durch diese sehr teure Speichermethode können wesentlich höhere Energiespeicherdichten erreicht werden. /Urbaneck et al./

3. Konstruktion

Die Ausführungen der Speicher sind im Wesentlichen von den Rahmenbedingungen abhängig (Klima, Versorgungssysteme, Platzbedarf, Bodenverhältnisse, etc.). Als Kurzzeitpeicher kommen hier die Tank-Speicher zum Einsatz, die mit einem Wassergemisch oder PCMs gefüllt sind. Die Hülle besteht aus einer Mischung von Stahl, glasfaserverstärktem Kunststoff und Stahlbeton. Das Wassergemisch wird entweder bis nahe dem Gefrierpunkt heruntergekühlt oder es wird sogar zu Eis gefroren.
Für große Volumina und bei längerer Speicherdauer bieten sich Erdbecken-Speicher an. Dabei wird Wasser in einer Kombination mit Kies oder Sand als Speicherstoff in ein großes, ins Erdreich eingelassenes Becken, gefüllt. Die Decken- und Wandkonstruktionen können sich hierbei in Form und Aufbau unterscheiden.
Der Erdbeckenspeicher kann auch mit Schnee gefüllt werden. Dies lohnt sich vor allem bei einer kurzen Übergangszeit zwischen Winter und Sommer. Dabei wird im Winter der Speicher mit natürlichem Schnee beladen und mit einer Art Dämmstoff bedeckt (z. B. Holzschnitzeln). Im Sommer kann die so gespeicherte Kälte dann genutzt werden. Zurzeit werden solche Speicher in Schweden getestet.
Sind geeignete geologische Strukturen vorhanden, so besteht die Möglichkeit die Kälte im Untergrund zu speichern. Diese Langzeitspeicher können ebenfalls als Kombination zwischen Wärme- und Kältespeicher genutzt werden. Beispiele hierfür sind der Aquifer- und der Erdsondenspeicher. /Urbaneck et al./, /Meyer 2/

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