Heizen, kühlen und lüften mit Erneuerbaren Energien – Be ... / 5.2.3 Wärmespeicherung

Wärmespeicherung bezeichnet den Prozess der Aufbewahrung von überschüssiger Wärmeenergie für eine spätere Nutzung. Dies kann durch verschiedene Methoden erfolgen, wie die Speicherung in Wasser, speziellen Salzlösungen, oder mittels Phasenwechselmaterialien, die Wärme bei einem Temperaturwechsel absorbieren oder abgeben. Wärmespeicher sind essenziell für effiziente Heizsysteme und erneuerbare Energietechnologien, da sie es ermöglichen, Energie zu nutzen, wenn die Nachfrage besteht, unabhängig davon, wann sie erzeugt wurde.

5.2.3.1 Pufferspeicher

Ein Pufferspeicher ist ein zentrales Element in Heizsystemen, das dazu dient, Wärmeenergie zeitlich versetzt zur Erzeugung zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Diese Technologie ist besonders vorteilhaft, da sie eine effiziente Nutzung der erzeugten Wärme ermöglicht, Energieverluste minimiert und zur Stabilisierung des Heizsystems beiträgt. Pufferspeicher sind universell einsetzbar und können mit verschiedenen Energieträgern und Wärmeerzeugern kombiniert werden, darunter Biomassekessel, Solarthermieanlagen, Wärmepumpen und herkömmliche Gas- oder Ölheizungen.

Die Funktionsweise eines Pufferspeichers basiert auf der thermischen Speicherung von Wärme in einem Medium, üblicherweise Wasser. Die während der Zeiten hoher Energieproduktion, etwa bei intensiver Sonneneinstrahlung für Solarthermieanlagen, erzeugte Wärme wird im Speicher gehalten und bei Bedarf, beispielsweise während der Spitzenlastzeiten oder wenn keine direkte Sonneneinstrahlung verfügbar ist, an das Heizsystem abgegeben.

Pufferspeicher finden ihren Einsatz in einer breiten Palette von Immobilien, von Einfamilienhäusern über Mehrfamilienhäuser bis hin zu gewerblichen und industriellen Anlagen.

5.2.3.2 Kurzzeitspeicher

Kurzzeitspeicher dienen dazu, Energie für eine relativ kurze Dauer – typischerweise Stunden bis zu einem Tag – zu speichern. Diese Technologie ist besonders effektiv, um kurzfristige Schwankungen in der Energieproduktion und -nachfrage auszugleichen. Sie helfen, die Verfügbarkeit der Energie zu maximieren, indem sie Überschussenergie speichern, wenn das Angebot die Nachfrage übersteigt, und diese Energie freigeben, wenn die Nachfrage das Angebot übertrifft.

Ein Kurzzeitspeicher kann unterschiedliche Formen haben, einschließlich Batteriespeichersystemen für elektrische Energie oder thermische Speicher für Wärmeenergie.

Die Funktionsweise hängt vom Typ des Speichers ab: Elektrische Kurzzeitspeicher wie Lithium-Ionen-Batterien speichern elektrische Energie direkt und geben sie bei Bedarf wieder ab. Thermische Speicher hingegen halten Wärme in Materialien mit hoher spezifischer Wärmekapazität oder über Phasenwechselmaterialien, die Energie beim Wechsel ihres Aggregatzustands speichern und freigeben.

Kurzzeitspeicher finden ihren Einsatz in einer Vielzahl von Immobilien, von privaten Haushalten, die Photovoltaik-Anlagen nutzen, bis zu gewerblichen und industriellen Betrieben, die eine kontinuierliche Energieversorgung benötigen.

5.2.3.3 Langzeitspeicher

Langzeitspeicher speichern die Energie über längere Zeiträume – von mehreren Tagen bis zu ganzen Jahreszeiten – um diese dann bei Bedarf verfügbar zu machen. Diese Technologie ist besonders wertvoll für Systeme, die erneuerbare Energien nutzen, da sie die Herausforderung der intermittierenden Energieproduktion, wie sie bei Solar- und Windenergie auftritt, überwindet. Durch die Speicherung von Überschussenergie in Zeiten hoher Produktion und deren Bereitstellung in Zeiten geringer Produktion oder hoher Nachfrage, tragen Langzeitspeicher zu einer stabilen und zuverlässigen Energieversorgung bei.

Langzeitspeicher können verschiedene Formen haben, einschließlich mechanischer Speicher wie Pumpspeicherkraftwerke, chemischer Speicher wie Wasserstoff oder Power-to-Gas-Anlagen und thermischer Speicher. Der nachhaltige und umweltfreundliche Charakter dieser Technologien hängt stark vom verwendeten Energieträger und der Energiequelle für den Ladevorgang ab. Beispielsweise gilt die Speicherung von Energie in Form von Wasserstoff, der durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird, als besonders nachhaltig. So kann die Lastverschiebung auch über Monate hinweg erfolgen.

In Bezug auf den Einsatz finden Langzeitspeicher nicht nur in der Industrie und im Energiesektor Anwendung, sondern auch in Wohnimmobilien. Sie ermöglichen es Haushalten und Unternehmen, unabhängiger von externen Energieversorgungen zu werden.

5.2.3.4 Sensible Wärmespeicher

Sensible Wärmespeicher sind eine effektive und weit verbreitete Technologie zur Speicherung von thermischer Energie. Sie basieren auf dem Prinzip der direkten Wärmespeicherung in einem Material durch Erhöhung seiner Temperatur, ohne dass eine Phasenänderung stattfindet. Wasser ist das am häufigsten verwendete Speichermedium in sensiblen Wärmespeichern, bekannt für seine hohe spezifische Wärmekapazität, was bedeutet, dass es viel Wärme aufnehmen kann, ohne signifikant im Volumen zu expandieren oder seine Phase zu ändern. Die meisten Pufferspeicher funktionieren nach diesem Prinzip – Wasser macht das ja erst in gefr...