Polarnacht: Energie und Entwicklung von Sandbatterien

Wärmespeicheranlage von Polar Night Energy für Vatajankoski (Foto: Polar Night Energy)

Energiespeicherung ist ein entscheidender Bestandteil jeder neuen Stromerzeugungstechnologie, vor allem weil die Spitzenproduktion erneuerbarer Energien nicht immer mit dem Bedarf übereinstimmt. Aktuelle Lösungen umfassen Batteriespeichersysteme (BESS), die Strom in Akkus speichern, bis er benötigt wird. Auch Wasserstoff kann zur Energiespeicherung genutzt werden. Dabei wird das Gas mit überschüssigem Strom erzeugt und bei hohem Bedarf über ein Stromaggregat oder eine Brennstoffzelle wieder in Strom umgewandelt.

Diese Systeme werden vorwiegend in Verbindung mit emissionsfreien Energieerzeugungssystemen eingesetzt, die Strom mithilfe von Solar- oder Windenergie liefern. Sie speichern überschüssige Energie für die spätere Verwendung, entweder nachts oder in Zeiten von Spitzenlast.

Ein neues Langzeitenergiespeicherkonzept wird derzeit in einer begrenzten Anzahl von Testfällen erprobt. Die von dem finnischen Unternehmen Polar Night Energy entwickelte Sandbatterie dient als Langzeitspeicher. Wie der Name schon sagt, erhitzt das System Sand (oder ein Sandersatzmaterial) mittels Widerstandsheizung auf 500 bis 600 °C. Die Temperatur wird dabei mit überschüssigem Strom aus Ökostromanlagen erhöht.

In einem Stahlbehälter gelagert, kann der Sand die Wärmeenergie monatelang speichern. Bei Bedarf wird diese Wärmeenergie genutzt, um Wasser oder Luft zu erwärmen. Theoretisch könnte die Wärme auch dazu verwendet werden, Wasser in Dampf umzuwandeln, der wiederum eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben könnte.

Laut Angaben von Polar Night Energy kann die Sandbatterie jährlich Tausende Tonnen Treibhausgasemissionen einsparen. Darüber hinaus kann jede Anlage über 30 Jahre lang betrieben werden und dabei innerhalb von zwölf Monaten rund 8.000 Stunden Wärmeenergie liefern.

Widerstandswärmeverfahren, das bei der Sandbatterie zum Einsatz kommt (Foto: Polar Night Energy)

In einem Fall wird die von einem Rechenzentrum erzeugte Wärme in einen Sandspeicher geleitet. Während die Abwärme der Server bei etwa 60 °C liegt (jahreszeitabhängig), kann der Sandspeicher diese auf 70 bis 100 °C erhöhen, bevor sie in ein Fernwärmenetz des finnischen Energieversorgers Vatajankoski eingespeist wird.

An anderer Stelle versorgt die erste Anlage von Polar Night Energy derzeit rund 10.000 Menschen mit Energie und beheizt Wohnhäuser und andere Gebäude, darunter auch ein Schwimmbad. Der Sand wird in einem Silo mit einem Durchmesser von etwa vier Metern und einer Höhe von sieben Metern gelagert (siehe Titelbild). Die Anlage hat eine Kapazität von 8 MWh.

„Wir entwickeln unser Energieproduktionsportfolio aktiv mit dem Ziel einer 100% nachhaltigen und emissionsfreien Zukunft weiter. Polar Night Energy bietet die perfekte Lösung für unsere Bedürfnisse“, sagte Pekka Passi, Geschäftsführer von Vatajankoski.

In einem Interview mit BBC News sagte Passi: „[Der Sand] kann sehr hohe Temperaturen erreichen, vielleicht um die 500 Grad, während Wasser nur bis zu 100 Grad heiß wird. Dadurch wird eine Menge Wärme auf kleinem Raum gespeichert.“

Darüber hinaus erhöht sich die Effizienz der Wärmespeicherung mit zunehmender Silogröße, da Wärme durch den selbstisolierenden Sand nur sehr langsam diffundiert. Die Speicherverluste betragen über mehrere Wochen weniger als 5 %, was für Anlagen im Gigawattbereich einen Wirkungsgrad von über 90 % bedeutet. Zudem wird für den thermischen Speicher im Sandspeicher minderwertiger Sand verwendet, der für andere Zwecke, wie beispielsweise im Bauwesen, ungeeignet ist.

In den Vereinigten Staaten gab es Forderungen, die Subventionen für die Erzeugung erneuerbarer Energien zu beenden, wozu wahrscheinlich auch Sandspeicher gehören würden. Ob sich diese Technologie weiter verbreiten wird, bleibt abzuwarten, doch die Speicherung von Wärmeenergie in Sand und Stahl erscheint als kosteneffizienter Weg, die Nutzung nachhaltiger Energie zu erweitern.