Energiewende: Elektrische Backsteine sollen Energie speichern
Auf der Suche nach Energiespeichern, die zur Mittagszeit Energie aus Photovoltaik und anderen variablen Quellen speichern, werden immer wieder thermische Speicher ins Spiel gebracht. Die Firma Electrified Thermal Solutions, die im Umfeld des Massachusetts Institute of Technology gegründet wurde, hat mit dem Joule Hive einen ersten Auftrag für eine neue Technik erhalten.(öffnet im neuen Fenster)
Das Besondere an den Backsteinen von Joule Nest ist, dass sie Strom leiten können und so über den elektrischen Widerstand fast verlustlos direkt geheizt werden können. Dabei sollen sie nach Angaben des Unternehmens(öffnet im neuen Fenster) Temperaturen bis 1.800 °C erreichen können, vergleichbar mit Temperaturen bei der Verbrennung von Erdgas.
Die erzeugte Wärme kann bei Bedarf abgegeben werden, indem Luft durch den isolierten Behälter mit den Steinen geblasen wird, als chemische Prozesswärme oder zur Stromerzeugung. Die hohen Temperaturen sollen den direkten Betrieb herkömmlicher Turbinen von relativ effizienten Gas-und-Dampf-Kraftwerken ermöglichen.
Optimistische Versprechen sind nicht strafbar
Das Unternehmen gibt die erreichbare Effizienz mit 60 Prozent an. Das ist vergleichbar, und oft besser, als die Effizienz von Brennstoffzellen bei maximaler Leistung. Die höchste Effizienz erreichen Brennstoffzellen nur bei minimaler Leistung, Turbinen hingegen bei dauerhaftem Betrieb mit maximaler Leistung.
Das System ist wegen der begrenzten Energiekapazität nicht als Langzeitspeicher gedacht, auch wenn der Energieverlust pro Tag unter zwei Prozent liegen soll. Er ist als Fünf-Stunden-Speicher geplant und kann damit die typischen Angebotsschwankungen im Tagesverlauf ausgleichen. Bei Bedarf kann auch zusätzlich mit Erdgas, Wasserstoff oder E-Fuels verbrannt werden.
Nach US-Recht ist es nicht strafbar, Investoren übermäßig optimistische Angaben zu machen. Das nutzt auch dieses Unternehmen aus, wie ein Vergleich von Präsentationen der Jahre 2021(öffnet im neuen Fenster) und 2022(öffnet im neuen Fenster) zeigt.
Optimistisch bei der eigenen Technik, pessimistisch bei der Konkurrenz
Das gilt für die Effizienz als Energiespeicher, die mit Gas-und-Dampf-Turbinen realistisch bei maximaler Leistung nicht mehr als 55 Prozent beträgt, bei halber Leistung nur noch 45 Prozent - und darunter stark abfällt.(öffnet im neuen Fenster) Als Stromspeicher ist die Anlage damit flexibel in der Speicherung von Energie, aber nicht bei Abgabe der Energie.
Das Unternehmen erwähnt nicht, dass der Speicher beim Entladen kälter wird und zeigt in den Diagrammen keinen Mechanismus - abgesehen von zusätzlicher Verbrennung, um dem Temperaturabfall entgegenzuwirken. Durch niedrigere Temperaturen wäre auch ein Abfall der Effizienz zu erwarten.
Als Lebensdauer werden 20 Jahre angegeben. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob die Steine die großen Temperaturschwankungen dauerhaft aushalten. Bei herkömmlichen Wärmespeichern sind Risse in Steinen unerheblich, aber bei Joule Hive könnten Schäden den Stromfluss unterbrechen und die Funktion des Speichers zerstören. Das gilt insbesondere, wenn die Technik von 100 kWh um einen Faktor 10.000 zu Speichern mit 1 GWh Kapazität skaliert werden soll.
Akkus sind billiger und langlebiger als behauptet
Probleme der bislang im großen Maßstab unerprobten Technik könnten zu reduzierter Lebensdauer oder stark reduzierter Maximaltemperatur führen. Das deutet sich schon dadurch an, dass die Firma im Jahr 2021 noch von 2.000 °C sprach und 2022 nur noch von 1.800 °C. Umgekehrt ist seit dem Jahr 2022 nur noch von 10 US-Dollar/kWh die Rede, davor waren es 10 bis 30 US-Dollar/kWh. Unklar bleibt, ob sich die Angabe auf die gespeicherte Wärme oder die erzeugte Elektrizität bezieht, weil keine technische Angaben zu den Backsteinen der Firma gemacht werden.
Im Gegensatz dazu gibt sich die Firma bei der gut erprobten Akkutechnik pessimistisch. Verglichen wird das eigene System mit Kosten von 350 US-Dollar/kWh und einer Lebensdauer von zehn Jahren. Für das Jahr 2030 werden 200 US-Dollar/kWh geschätzt und immer noch zehn Jahre Lebensdauer.
Die Kosten für Akkuzellen liegen allerdings schon weit unter 100 US-Dollar, teilweise unter 50 US-Dollar. Das lässt künftig Systemkosten deutlich unter 200 US-Dollar/kWh erwarten und bei nur ein bis zwei Ladezyklen pro Tag mehr als zehn Jahre Lebensdauer.
Strom wird teurer im Einkauf und billiger im Verkauf
Das Unternehmen nimmt Stromkosten von 2ct/kWh an, die in Kalifornien im Jahr 2030 erreicht werden sollen. Jedoch konkurriert das System mit effizienteren und flexibleren Akkuspeichern, die einen Joule-Hive-Speicher jederzeit unterbieten können. In einem mit Speicherkapazität gesättigten Markt werden die Unterschiede zwischen Einkaufs- und Verkaufspreis von Strom geringer sein als heute - teurer im Einkauf und billiger im Verkauf, womit eine Effizienz von rund 50 Prozent problematisch wird.
Die Wirtschaftlichkeit des Systems als Stromspeicher wird insgesamt schlechter sein, als vom Unternehmen mit einer veralteten Fallstudie aus dem Jahr 2019 in Kalifornien dargestellt, als es dort noch keine Akkuspeicher gab.(öffnet im neuen Fenster)
Doch falls das System sich technisch bewährt, gibt es sinnvolle Anwendungen als Zwischenspeicher für elektrisch erzeugte Prozesswärme - wobei die Effizienz nahezu 100 Prozent beträgt - und je nach lokaler Marktstruktur als Zusatzsystem für Langzeitspeicher, die Strom mit E-Fuels erzeugen.