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Carnot-Batterie

So ähnlich könnten Carnot-Batterien auf der Basis von Salz-Latenwärmespeichern aussehen (Symbolbild). Quelle: BGR

Eine Carnot-Batterie ist ein Energiespeicher, der Strom in Form thermischer Energie speichert und dann mit dem Carnot-Prozess zurück in Strom wandelt (Rückverstromung). Während des Ladevorgangs wird Strom in Wärme umgewandelt und im Wärmespeicher gespeichert. Erfolgt die Andlung mit einer Wärmepumpe kann der im Strom enthaltenen Energie solche aus der Wärmequelle hinzugefügt werden. Bei der Entladung wird die gespeicherte Wärme wieder in Elektrizität umgewandelt.Die Batterie ist benannt nach Nicolas Léonard Sadi Carnot, dessen Studien die Thermodynamik begründeten. Ein Carnot-Batterie Speichersystem besteht aus drei Teilen:

der Umwandlung von Strom zu thermischer Energie (Power to Thermal, P2T), beispielsweise mit einer Wärmepumpe wobei durch die 'Hebelwirkung' aus der Wärmequelle zusätzlich Energie in das Sytem kommen kann
dem thermischen Energiespeicher (Thermal Energy Storage, TES) und
der Umwandlung von thermischer Energie zu Strom (Thermal to Power, T2P), unter Nutzung des Carnot-Prozesses. Dabei kann eine Turbine/Generatorkombination (ORC) oder eine Motor/Generatorkombination (z.B. ein Stirlingmotor) genutzt werden.

Thermische Energiespeicherung

Entsprechend dem Mechanismus der Energiespeicherung können Wärmespeicher in drei Arten unterteilt werden: sensible Wärme Speicher, latente Wärme Speicher (Latentwärmespeicher) und thermochemischer Wärmespeicher. Die verwendeten Speichermaterialien für Carnot-Batterien sind:

Heißes Wasser
Molten salt (Salzschmelze)
Stein oder eingekapseltes PCM (Phasenwechselmaterial, latente Wärme) in Schüttbett-Speichern
Flüssige Luft

Wirkungsgrad

Da eine Carnot-Batterie neben dem eingespeisten Strom auch Energie aus einer Wärmequelle (beispielsweise Geothermie) aufnehmen kann, lassen sich (bezogen auf den eingespeisten Strom) Wirkungsgrade von mehr als 70% erreichen.

Bedeutung für die Geothermie

Die Geothemie spielt bei der Wärmespeicher-Komponente der Carnot Batterie eine Rolle. Wärmespeicher größerer Kapazität sind nur als Untergrundspeicher (UTES) denkbar. Vorteilhaft sind hier Speicher mit Temperaturen, die eine Rückverstromung mit Dampfturbinen zulassen. Ein Vorschlag hierzu sind Flüssigsalz-Latentwärmespeicher.