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Forschungsbericht 2016
(2016)
Die in diesem Beitrag behandelte Flüssigluft-Energiespeicherung (Liquid Air Energy Storage) stellt eine Methode dar, um die von erneuerbaren Energiequellen generierte elektrische Energie bei Überschuss ein- und bei Bedarf wieder auszuspeichern.
Bei dieser Technologie wird der überschüssige Strom verwendet, um Umgebungsluft über einen entsprechenden Prozess zu verflüssigen. Beim Ausspeicherung wird die elektrische Energie mittels Regasifizierung der flüssigen Luft über einen Clausius-Rankine-Prozess wieder bereitgestellt. Durch die zusätzlich entstehenden Wärmequellen und -senken kann das System auch als sektorenübergreifende Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung für Anwendungen aus dem industriellen Bereich mit entsprechendem Bedarf an thermischer Energie konzipiert werden.
Die modellbasierte Analyse des Ansatzes im Zuge dieses Beitrags zeigt, dass eine gewichtete Leistungszahl von bis zu 0,83 (äquivalent zu einem Wirkungsgrad von 83 %) unter Berücksichtigung des zusätzlichen Nutzens in Form von thermischer Energie erreicht werden kann. Zur Ausschöpfung dieses Potentials ist aber vor allem das Lastprofil der industriellen Anwendung, in welche das System integriert wird, von entscheidender Bedeutung.
Bei der Umstellung der Energiegewinnung auf erneuerbare Energien spielen effektive Methoden zur Speiche-rung von volatiler Energie eine entscheidende Rolle. Eine vielversprechende Möglichkeit hierfür stellt die in diesem Beitrag behandelte Flüssigluft-Energiespeicherung (Liquid Air Energy Storage) dar. Diese Technologie verwendet überschüssigen Strom, um Umgebungsluft durch einen entsprechenden Prozess zu verflüssigen. Zur Ausspeicherung wird die Luft regasifiziert, wodurch diese elektrische Energie über einen Clausius-Rankine-Prozess bereitstellt.
Häufig behandeln Untersuchungen hinsichtlich Liquid Air Energie Storage die Technologie ausschließlich als Speichermethode für elektrische Energie. Die im Prozess anfallende Wärme und Kälte kann aber im Sinne einer Sektorenkopplung ebenfalls genutzt werden. Beim Ansatz der Sektorenkopplung wird die Flüssigluft-Energiespeicherung in eine kältetechnische Applikation integriert, welche einen entsprechenden Bedarf an Wärme und Kälte aufweist. In der vorliegenden Arbeit wird das Potenzial des Ansatzes der Sektorenkopplung im Hinblick auf die Flüssigluft-Energiespeicherung anhand einer beispielhaften Applikation aus der Tiefkühlindust-rie untersucht. Dabei wird der Prozess betrieben nach dem Ansatz der Sektorenkopplung mit dem Standardpro-zess betrieben als reiner Stromspeicher hinsichtlich des Wirkungsgrads verglichen.
Wie sich bei der Analyse zeigt, kann mit den in der Arbeit getroffenen Annahmen für die Applikation ein Wir-kungsgrad von 59,3 % erreicht werden, womit der Wirkungsgrad für den Standardprozess überstiegen wird. Es geht aber auch hervor, dass der Wirkungsgrad stark von den in der Applikation verwendeten Standardverfah-ren zur Generierung von Wärme und Kälte, sowie von den Lastprofilen der Applikation abhängt.