Direkte Wind-zu-Wärme-Umwandlung über Wirbelstrom

Energiegewinnung aus regenerativen Ressourcen soll als wichtiger Beitrag zum Klimaschutz vorangetrieben werden. Wind gehört zu den am häufigsten genutzten erneuerbaren Energiequellen. Doch dessen Nutzung ist stark vom Wetter abhängig. Aufgrund unzureichender Speicherlösungen steht Windenergie nicht in verlässlicher Menge zur Verfügung – ein wesentlicher Nachteil für deren großflächige Einführung oder zur Grundlastnutzung.

Stand der Technik

Die Herausforderung besteht darin, schwankend vorhandene Windenergie in eine stabile Energiequelle umzuwandeln. Dies geschieht meist über einen Zwischenspeicher als Puffer. Es gibt verschiedene Methoden, zum Beispiel elektrochemische Batterien, mechanisch gewonnene Energie aus Wind- oder auch Wasserturbinen zu speichern. Allerdings erfordern sie Umwandlungsschritte, die zusätzliche Energie, Ausrüstung und hohe Investitionen benötigen.

Technologie

Forschende des Instituts für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR) am KIT haben ein Gerät erfunden, das mechanische Energie aus Wind- oder Wasserturbinen direkt in CO₂-neutrale Hochtemperaturwärme umwandelt. Das Gerät besteht aus einer Reihe von Magneten oder Magnetfeldgeneratoren, die über eine Halterung am Rotor oder Getriebe einer Windturbine befestigt sind. Mit einer leitfähigen Flüssigkeit – etwa geschmolzenes Salz oder flüssiges Metall – gefüllte Rohrleitungen vervollständigen das Gerät. Während die mit der Turbine verbundenen Magnete rotieren, ist das Rohrsystem statisch. Durch die Bewegung der Magnete entstehen in der leitfähigen Flüssigkeit variable Magnetfelder. Die ständige Änderung des magnetischen Flusses erzeugt Wirbelstrom, wodurch die Flüssigkeit erhitzt wird. Sie ist somit Wärmequelle und Transportmedium. Mit dieser direkten Umwandlung von „Wind2Heat“ können Temperaturen über 600 Grad Celsius erreicht werden.

Vorteile

Bei Verwendung als Prozesswärme in energieintensiven Industrien, wie z.B. der Zement-, Stahl-, Chemie- oder Wasserstoffproduktion sowie der Herstellung synthetischer Kraftstoffe mittels Hochtemperatur Ko-Elektrolyseure (Power-to-X-Prozesse), wird deren CO₂-Fußabdruck somit reduziert. In Verbindung mit einem thermischen Energiespeichersystem kann die Wärme jederzeit auch in elektrische Energie umgewandelt werden und so zu einer stabileren Stromproduktion aus erneuerbaren Ressourcen beitragen. Insgesamt wird der Einsatzbereich von Windenergie erheblich erweitert.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Unternehmen aus der Energiebranche für die Realisierung von Pilotprojekten mit direkter Wind-zu-Wärme-Umwandlung über Wirbelstrom.