Ein internationales Forschungsteam, bestehend aus Institutionen wie der Nanyang Technological University in Singapur, der Universität Lleida in Spanien, dem University College Dublin in Irland, der Technischen Universität Dänemark, der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich und der Technischen Universität Warschau in Polen, hat kürzlich in der Fachzeitschrift „Renewable and Sustainable Energy Reviews“ einen kritischen Übersichtsartikel über die Anwendung von Kälte- und Wärmespeichern (CTES) in flüssigen Luftenergiespeichersystemen (LAES) veröffentlicht. Diese Studie analysierte 110 relevante Literaturquellen und zielte darauf ab, systematisch zu bewerten, wie verschiedene CTES-Technologien, -Materialien und -Konfigurationen zur Effizienzsteigerung von flüssigen Luftenergiespeichern beitragen.
Der korrespondierende Autor Alessio Tafone erklärte: „Dies ist die erste umfassende und kritische Synthese zu CTES für LAES. Wir haben nicht nur bestehende Forschung überprüft, sondern auch verschiedene CTES-Technologien, -Materialien und Systemkonfigurationen systematisch anhand thermodynamischer und techno-ökonomischer Kriterien bewertet. Dies ermöglichte es uns, optimale Designstrategien zu identifizieren, konsistente Leistungstrends hervorzuheben und aktuelle Forschungslücken sowie zukünftige Entwicklungswege klar aufzuzeigen.“ Die flüssige Luftenergiespeicherung, eine aufstrebende Technologie für die großskalige Energiespeicherung, ist für ihre Effizienzsteigerung auf CTES-Systeme angewiesen, die während der Wiedervergassung der Luft niederwertige Exergie zurückgewinnen und in der Verflüssigungsphase wiederverwenden.
Die Übersichtsarbeit ergab, dass die Kältespeicherleistung einen dominierenden Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad der flüssigen Luftenergiespeicherung hat. Kältespeicherverluste können den Round-Trip-Wirkungsgrad bis zu siebenmal stärker beeinträchtigen als Wärmeverluste – ein Aspekt, der oft unterschätzt wird. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass viele effiziente CTES-Konzepte zwar in Simulationen hervorragend abschneiden, ihre Vorteile jedoch unter Berücksichtigung realer Betriebsbedingungen wie Zyklen, Bereitschaftsverluste und Teillastbetrieb abgeschwächt werden. Aus techno-ökonomischer Sicht schneiden einfachere und robustere CTES-Designs in der Regel besser ab, was darauf hindeutet, dass Skalierbarkeit und Betriebszuverlässigkeit derzeit die theoretische Spitzeneffizienz überwiegen.
Konkret sind Festbett-Speicher mit sensiblen Wärmespeichermaterialien die ausgereifteste und kosteneffizienteste Option. Systeme auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM) können zwar den Round-Trip-Wirkungsgrad um bis zu 55 % steigern, stehen jedoch vor Herausforderungen bei Materialkosten, Verfügbarkeit und Skalierbarkeit. Hybride und Kaskadenkonfigurationen zeigen in Simulationen Potenzial, aber experimentelle Daten sind noch begrenzt. Obwohl die CTES-Forschung für flüssige Luftenergiespeicherung in den letzten Jahren Fortschritte gemacht hat, ist sie noch fragmentiert und erfordert koordiniertere und interdisziplinäre Forschungsanstrengungen.
Tafone sagte, sein Team konzentriere sich nun darauf, „von idealisierter Modellierung zur experimentellen Validierung und zum dynamischen Betrieb von CTES-Systemen überzugehen. Wir sind besonders an hybriden Konzepten der sensiblen-latenten Wärmespeicherung, verschiedenen Geometrien, dem Langzeit-Zyklusverhalten sowie der techno-ökonomischen Lebenszyklusbewertung unter realen Betriebsbedingungen interessiert. Das Ziel ist es, die Lücke zwischen akademischen Konzepten und einsetzbaren industriellen Lösungen für großskalige Energiespeicherung zu schließen.“ Diese Übersichtsarbeit liefert wichtige Erkenntnisse für flüssige Luftenergiespeicherung und breitere kryogene Wärmespeichersysteme, die zur praktischen Anwendung und Effizienzoptimierung von Energiespeichertechnologien beitragen können.
