Wärmespeicher - ein Rückgrat der Energiewende (Teil 1)
Das Unternehmen Polar Light Energy hat bereits einige Vorzeigeprojekte in Betrieb zu haben. Die neuartige Sand-Speichertechnologie (oft auch als Sandbatterie bezeichnet) gilt in der Energiewirtschaft als vielversprechender Ansatz.
Wie bei allen Batteriespeichern geht es um Aufladung mit erneuerbarem Strom und um Abgabe als emissionsfreie Energiequelle.
Der Sandspeicher ist ein thermischer Hochtemperaturspeicher, der primär für die Wärmespeicherung ausgelegt ist. Das Prinzip von Polar Light Energy ist einfach: Überschüssiger, günstiger Ökostrom (z. B. aus Wind- und Solarenergie) wird über elektrische Widerstandsheizungen in Wärme umgewandelt.
Eine Luftströmung erhitzt dann den Sand im Inneren eines isolierten Silos auf bis zu 600 Grad Celsius oder mehr.
Und wie kommt die Wärme wieder aus dem Speicher?
Der besonders einfache Effekt des Sandspeichers ist die Verteilung der gespeicherten thermischen Energie direkt als Prozesswärme für Industrieanlagen oder Fernwärmesysteme.
Sehr hoher Kosten-/Nutzen-Effekt
Ein Sandspeicher verwendet. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Stromspeichern keine kritischen Rohstoffe wie Lithium, Kobalt oder Mittel. Sein Hauptbestandteil ist herkömmlicher Quarzsand sowie einige mineralische Nebenprodukte. Die Behälter selbst werden aus Stahl produziert und entsprechend isoliert. Damit haben Sandspeicher sehr geringe Material- und Investitionskosten.
Nach Angaben des Herstellers sind Sandspeicher besonders langlebig. Während herkömmliche Stromspeicher mit der Zeit in ihrer Kapazität nachlassen, arbeiten Sandspeicher nahezu verschleißfrei. Der Hersteller gibt einen Zeitraum von über 30 Jahren ohne jeden Leistungsverlust an.
Vor- und Nachteile von Sandspeichern
Gut isolierte Sandspeicher können erzeugten Ökostrom als Wärme verlustarm über einen langen Zeitraum speichern. Nach Aussage von Fachingenieuren aus dem Bereich der Speichertechnik könnten Sie einen wesentlichen Bestandteil zur Dekarbonisierung der Industrie darstellen.
Viele Industriezweige, wie Chemie, Papier, Nahrungsmittel oder Baustoffe haben einen hohen Bedarf an Prozesswärme, die bisher mit fossilem Gas erzeugt wird. Genau an dieser Stelle kommt der Sandspeicher als Alternative ins Spiel.
Da primär Wärme gespeichert wird, kann das System ein klassisches Stromnetzproblem (wie z.B. bei kurzfristigen Stromengpässe bis dato nicht löse.Würde man die Hitze nutzen, um sie wieder in Strom umzuwandeln, wäre der Gesamtwirkungsgrad gegenüber direkten Stromspeichern deutlich unterlegen. Allerdings arbeitet Polar Light Energy in einem aktuellen Pilotprojekt auch an dieser Rückumwandliung von Wärme in Strom. Dazu später mehr.
Standortabhängigkeit und Einsatzgebiete
Sinnvoll ist der Einsatz vor allem dort, wo ein direkter Bedarf an Fernwärme oder industrieller Prozesswärme in der Nähe existiert, wie dies bei lokalen oder räumlich begrenzten Wärmenetzen der Fall ist.
Sandspeicher können Wohngebiete mit Heizwärme und Warmwasser versorgen, was auch für das über lange Zeiträume winterliche Finnland von Bedeutung ist.
Die bestehenden und laufenden Projekte des Unternehmens dienen der Bereitstellung von konstanter Hochtemperatur-Wärme für energieintensive Produktionsprozesse.
Nach Aussage von Polar Light Energy, aber auch von dessen Projektpartnern und Kunden, gelten Sandspeicher als wichtige Ergänzungssysteme für den schwer zu dekarbonisierenden Wärmesektor im Industriebereich.
Pilotprojekte
Sandspeicher sind längst dem Labor- oder Experimentierstadium entwachsen. Polar Light Energy hat seinen ersten Sandspeicher im Jahr 2020 im finnischen Tampere in einer Pilotanlage in Betrieb genommen.
Die Anlage nahm im Winter 2020–2021 ihren Betrieb auf. Sie ist an das lokale Fernwärmenetz angeschlossen und stellt für einige Gebäude Wärme bereit. Der Strom dieser Anlage stammt aus einem 100 Quadratmeter großen Solarpanel-Array und dem Stromnetz.
Sie hat eine Leistung von 3 MWh und eine Heizkapazität von 20 kW.
2022 wurde die erste kommerzielle Sandbatterie von Polar Light Energy in Betrieb genommen. Auch diese gespeicherte Wärme wird in einem Fernwärmenetz genutzt.
Ihr Stahlbehälter ist etwa 4 Meter breit und 7 Meter hoch. Er enthält etwa hundert Tonnen Sand im Inneren.
Die Heizleistung der Kankaanpää Sandbatterie beträgt 200 kW. Ihre Leistung liegt bei 8 MWh.
Skalierung im Jahr 2025
Im Jahr 2025 lieferte Polar Night Energy eine Sandbatterie als schlüsselfertiges Projekt an Loviisan Lämpö. Die Stahbehäter ist ca. 13 Meter hoch und 15 Meter breit.
Zweck des Projekte war es, den CO2-Ausstoß der Fernwärmeproduktion in der finnischen Gemeinde Pornainen zu reduzieren und gleichzeitig eine neue flexible Wärmeerzeugungstechnologie einzuführen.
Die Heizleistung der Sandbatterie beträgt 1 MW. Sie kann bis zu 100 MWh thermische Energie speichern, was sie mehr als etwa zehnmal größer macht als die 2022 installierte Sandbatterie in Kankaanpää.
Die für Loviisan Lämpö installierte Sandbatterie ist nun seit mehr als einem Jahr in Betrieb. Mit ihrer Leistung wurden die Klimaemissionen aus dem Fernwärmenetz Pornainen um 70 Prozent reduziert.
Großprojekte im Bau
Der finnische Hersteller plant eine deutliche Erhöhung der Energieleistung seiner Sandspeicher. Polar Night Energy und Lahti Energia haben im Jahr 2025 einen Vertrag über den Bau eines Wärmespeichers im industriellen Maßstab für das Fernwärmenetz von Lahti Energia im finnischen Vääksy abgeschlossen.
Die neue Sandbatterie soll im Jahr 2027 in Betrieb gehen. Sie wird eine Heizleistung von 2 MW und eine Speicherkapazität von 250 MWh haben. Nach Fertigstellung wird die Anlage dann das weltweit größte sandbasierte Wärmespeichersystem sein.
Sand-to-Power Projekt
Mit Valkeakosken Energia hat Polar Night Energy eine Zusammenarbeit zum Bau eines Sand-to-Power - Pilotprojekts im finnischen Valkeakoski angekündigt. Das Projekt soll zeigen, wie gespeicherte Wärmeenergie wieder in Elektrizität umgewandelt werden kann. Dieser Umwandlungsprozess ist als Power-to-Heat-to-Power (P2H2P) bekannt.
Der P2H2P-Pilotanlage von Polar Night Energy ist Teil eines € 4,2 Millionen F&E-Programms, das durch einen Zuschuss von € 2,1 Millionen von Business Finland unterstützt wird. Das Projekt wurde 2025 begonnen und hat eine Bauzeit von etwa 2,5 Jahren
Valkeakoski wurde aufgrund der starken Unterstützung sowohl von Valkeakosken Energia als auch von der Stadt Valkeakoski als Pilotstandort ausgewählt.
sagt Markku Ylönen, CTO von Polar Night Energy.
Darüber hinaus könne die von der Anlage erzeugte Wärme in das Fernwärmenetz von Valkeakosken Energia eingespeist werden.
Fazit
Die regenerativen Energiequellen der Zukunft sind bekannt. Bei ihrer Speicherung gibt es noch einige offene Fragen. Eine der möglichen Antworten speziell beim Thema Wärmespeicher könnten Sandspeicher sein.
Artikelreferenz
Polar Light Energy. Beschreibung der Sandbatterie und alle aktuellen Projekte.
BBC.Bericht zur Sandbatterie von Polar Light Energy. Bericht der BBC zum Unternehmen und der Umsetzung in der Praxis.