DLR will Wärme direkt aus Windenergie erzeugen

Die Grafik erklärt, wie aus Windenergie in der Windthermie-Anlage Wärme wird.Grafik: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)
Auf mechanischem Wege kommt die Windenergie in den Container, um in Wärme umgewandelt zu werden.
Bei der Solarenergie unterscheidet man zwischen Photovoltaik und Solarthermie. Auch für die Windenergie könnte es künftig einen Weg zur direkten Erzeugung von Wärme geben.

Wer aus Windenergie Wärme erzeugen will, geht heute in der Regel den Umweg über die Stromerzeugung (Power to Heat). Tatsächlich ist der Weg der direkten Umwandlung der Bewegungsenergie in Wärme jedoch viel effizienter. Obendrein ist es technisch mit weniger Bauteilen zu reduzieren. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeitet daher an einer Methode, um Wärme direkt aus der Windenergie zu gewinnen, wie es in seinem Newsletter beschreibt.

Erste Windthermie-Anlage im Praxistest

Einen Prototypen gibt es bereits. Er steht in Celle auf dem Gelände des Herstellers der Windenergieanlage, PSW-Energiesysteme. Entwickelt haben ihn das DLR-Institut für Flugsystemtechnik mit Unterstützung der beiden DLR-Institute für Technische Thermodynamik und für Vernetzte Energiesysteme.

Das Windthermie-System setzt sich aus zwei Teilen zusammen: einer kommerziell verfügbaren kleinen Windenergieanlage und einem Container mit den speziellen Komponenten für die Wärmeerzeugung. Das Team um Projektleiter Malte Neumeier hat den elektrischen Generator ausgebaut und die Anlage für den neuen Einsatzzweck modifiziert. Auf mechanischem Wege gelangt die Energie in den Container. Die Hauptkomponente dort ist eine spezielle Bremse – ein hydrodynamischer Retarder. Über diese lässt sich die Wärmeerzeugung abhängig von der jeweiligen Anwendung regeln. „Der entscheidende Vorteil der Windthermie ist, dass wir direkt Wärme erzeugen. Das erhöht den Wirkungsgrad, weil wir uns einen Umwandlungsschritt sparen“, sagt Neumeier.

Ein Warmwasserbecken dient als Wärmespeicher. „Wir gehen davon aus, dass sich windthermische Anlagen mit weniger Komponenten realisieren lassen als stromerzeugende Anlagen. Das könnte auch mit einem geringeren Gewicht, weniger Kosten für Investition, Wartung und Betrieb und einer geringeren Anfälligkeit für Störungen einhergehen“, erläutert Neumeier.

Windenergie-Wärme mit kommerziell erhältlichen Komponenten erzeugen

Für eine schnelle Entwicklung hin zur industriellen Anwendung arbeiten die DLR-Forschenden soweit wie möglich mit bereits am Markt erhältlichen Komponenten. „Wir sind optimistisch, dass sich so diese Technologie vergleichsweise einfach nach oben skalieren lässt – also in eine Größe übertragen, die in der Praxis benötigt wird,“ sagt Neumeier.

Anhand des Prototypen der Windthermie-Anlage wollen die Forschenden die Technologie verbessern. Ein Schritt könnte sein, die Komponenten für die Wärmeerzeugung aus dem Container in die Gondel der Windenergie-Anlage zu verlagern. Das soll die mechanischen Verluste verringern.

Zudem arbeiten sie an ersten Analysen zur Wirtschaftlichkeit und Anwendung der Windthermie. Da der Transport von Wärme aufwändiger ist als der von Strom, ist es wichtig, dass Erzeugung und Nutzung der Wärme möglichst nahe beieinander liegen.  

Anwendungen sehen sie dort, wo Wärme auf niedrigem und mittlerem Temperaturniveau bis rund 300 Grad Celsius benötigt wird. Dazu zählen die Nah- und Fernwärme-Netze, sowie viele Prozesse in der Papier-, Karton- oder Lebensmittelindustrie. Auch Anlagen für das Entsalzen von Meerwasser oder das Heizen von Gewächshäusern könnten von Windthermie profitieren.

Das praktisch umsetzbare Temperaturniveau hängt laut DLR wesentlich von der Anlagengröße ab. Dezentrale Kleinwindenergie-Anlagen könnten bis zu 100 °C bereitstellen, große Windparks bis zu 600 °C. Eine weitere Anwendung könnte es daher, die Wärme auf möglichst hohem Temperaturniveau zu speichern und später daraus Strom zu erzeugen. Im Vergleich zur Stromerzeugung aus der mechanischen Energie ist der Wirkungsgrad zwar geringer, aber dafür sind die Kosten für den Speicher deutlich niedriger.

03.06.2022 | Quelle: DLR | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH

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