Eisspeichertechnologie - Thermische Energie dynamisch speichern

Das Prinzip der latenten Wärme

Wenn Wasser gefriert, bleibt die Temperatur des Eises konstant bei 0°C bis alles Wasser in der Umgebung gefroren ist. Während des Gefrierprozesses wird Energie als latente Wärme im Eis eingelagert. Beim Wechsel des Aggregatzustands kann deshalb 80mal mehr Energie im Eis gespeichert werden, als dass im flüssigen Wasser möglich wäre. Beim Schmelzen des Eises wird diese Energie wieder verfügbar. Auf dieser physikalischen Eigenschaft beruht das Prinzip der Eisspeicher.

Transformation Eisspeicher

Bei den heutigen Eisspeichern handelt es sich um moderne Varianten einer jahrtausendealten Technologie, die sich den energetischen Prozess der latenten Wärme zu Nutze gemacht hat. Ging es früher vor allem um die Speicherung von Eis für die Kühlung von Lebensmitteln wie Bier oder Milch und deren Herstellungsprozesse im Sommer, werden heute Eisspeicher mit kurzen, täglich ablaufenden Ladezyklen benötigt.

Daher werden Eisspeicher heute in der Regel nachts zu reduzierten Stromkosten befüllt und die gespeicherte Kühlleistung tagsüber zur Kühlung von Büros oder Industrieprozessen genutzt. Die vorproduzierte Kälte benötigt deutlich weniger Energie als eine Direktkühlung zum Zeitpunkt des Kältebedarfs. Zudem ermöglicht die Verlagerung der Kühlprozesse in die Nacht aufgrund der verringerten Außentemperatur eine günstigere Arbeitszahl der Kältetechnik.

Eigenschaften der Eisspeichertechnik

  • Geräuschloser Betrieb
  • Hohe Energiedichte
  • Günstigere Arbeitszahl der Kältetechnik
  • Nahezu wartungsfrei
  • Keine Gefahren für Natur und Umwelt

Andere Anforderung, andere Technik

In der Kombination mit Wärmepumpen dienen Eisspeicher als Wärmequellen, deren Temperatur durch die Wärmepumpe auf das erforderliche Heizwasserniveau „hochgepumpt“ wird. Man spricht auch von einer Eisspeicherheizung. Durch die Arbeit der Wärmepumpe gefriert das Wasser im Speicher zu Eis. Im Sommer kann dieses Eis auch zur Kühlung der Räume benutzt werden. In dieser Anwendung darf der Speicher eine lange Ladezeit und eine lange Entladezeit haben. Diese „saisonalen“ Eisspeicher können deshalb auch mit einfachen Rohrsystemen gebaut werden.

Soll der Eisspeicher die Spitzenlast des Kältebedarfs im Tagesverlauf oder sogar den gesamten Kältebedarf am Tage abdecken, dann ist ein reaktionsschneller Eisspeicher erforderlich. Er muss in den wenigen Nachstunden die gesamte Energie aufnehmen und bei Kältebedarf am Tage dynamisch wieder abgeben. Diese thermischen Energiespeicher sind Tagespendelspeicher. Speziell für diese Anforderung einer dynamischen und effizienten Kälteerzeugung wurde der sp.ICE entwickelt.

Eisspeicherbauform – stationär oder transportfähig

Bestehende Behälter, Becken oder Senken können durch den Einbau von Wärmetauscherflächen zu Eisspeichern umgenutzt werden.

Bei temporärer Nutzung sowie bei Anforderungen an die Modularität und Skalierbarkeit der Kälteleistung oder bei Vorgaben einer kurzen Bauzeit bietet sich ein transportfähiger Eisspeicher im Container an.

Eisspeicher und Wirtschaftlichkeit

Der Eisspeicher sorgt für eine Kappung von Lastspitzen beim Kältebedarf. Zu Tageszeiten, in denen die vorhandene Kälteerzeugungstechnik nicht vollständig ausgelastet ist, wird der Eisspeicher aufgeladen. Die eingespeicherte Energie wird bei Bedarf wieder dem System zugeführt. Hierdurch kann die Kältetechnik an dem Durchschnittsbedarf ausgerichtet und wirtschaftlicher dimensioniert werden. Bei bestehenden Anlagen, kann die nachträgliche Integration eines Eisspeichers die Investition in größere Kältemaschinen ersparen, wenn der Kältebedarf steigt oder weitere Abnehmer hinzugekommen sind.

Besonders attraktiv wird der Betrieb eines Eisspeichers bei großen Differenzen zwischen Tag- und Nachtstromtarifen. Durch die Beladung zu günstigen Nachtstromtarifen und Energieeinsparungen am Tag können die elektrischen Betriebskosten deutlich reduziert werden.

Zudem kann der Eisspeicher als thermischer Energiespeicher eingesetzt werden, um Stromüberkapazitäten aus Sonne oder Wind gleich in der später genutzten Energieform „Kälte“ einzulagern und zum Bedarfszeitpunkt in Kältenetze einzuspeisen. In dieser Anwendung leistet der Eisspeicher auch einen Beitrag zu Glättung der Stromnetzbelastung.