En el camino hacia un CO ₂ -sistema de energía neutral, el almacenamiento de grandes cantidades de energía sigue siendo un problema sin resolver. En el futuro, Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), y la Universidad de Stuttgart planean desarrollar conjuntamente sistemas apropiados de almacenamiento de energía. Para este propósito, las instituciones de investigación han acordado ahora el establecimiento de una infraestructura de investigación, el Demostrador Nacional de Almacenamiento de Energía Isentrópica (NADINE). La instalación de prueba para el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía a escala de plantas de energía se construirá en Karlsruhe y Stuttgart.

Los sistemas de almacenamiento de energía que pueden hacer frente a la producción de energía eólica y solar fluctuante son indispensables para el éxito de la transición energética. Hasta aquí, sin embargo, Todavía faltan sistemas de almacenamiento a escala de plantas de energía independientes de la ubicación y de bajo costo. Por esta razón, EQUIPO, DLR, y la Universidad de Stuttgart planean la construcción conjunta de la instalación de investigación NADINE (Demostrador Nacional de Almacenamiento de Energía Isentrópica) para el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía de bajo costo y casi sin pérdidas. Con la ayuda de NADINE, Está previsto estudiar el uso de metales líquidos para nuevos sistemas de almacenamiento térmico. El diseño exacto de la instalación de investigación se está desarrollando actualmente en el marco de un proyecto de 18 meses de duración que comenzó a principios de este año. El proyecto de diseño está financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía y el Ministerio de Economía de Baden-Württemberg. El 08 de octubre 2018, las tres instituciones de investigación firmaron un acuerdo en Stuttgart sobre el establecimiento de la infraestructura de investigación en Karlsruhe y Stuttgart.

"Grandes retos a los que se enfrenta la sociedad, como la transición energética, solo se puede dominar uniendo fuerzas y una estrecha cooperación, "dice el profesor Oliver Kraft, Vicepresidente de Investigación de KIT. "Estoy muy contento de poder aportar nuestra experiencia en el área de tecnologías de metales líquidos a NADINE. Junto con nuestros socios, impulsaremos decisivamente el desarrollo de los sistemas de almacenamiento de energía a escala de plantas de energía que se requieren con urgencia ". La nueva colaboración de investigación está coordinada por el DLR. El profesor Pascale Ehrenfreund, quien preside la Junta Ejecutiva de DLR, dice:"La transición energética es uno de los desafíos urgentes que enfrenta nuestra sociedad. Con el desarrollo de los sistemas de almacenamiento, DLR está trabajando en soluciones para uno de los temas clave de la investigación energética. Los sistemas de almacenamiento eficientes pueden garantizar un suministro de energía confiable con una proporción en constante aumento de fuentes de energía renovable. Es más, Los grandes sistemas de almacenamiento térmico pueden contribuir a reducir el CO ₂ emisiones de las centrales eléctricas de carbón después de su reconstrucción para convertirlas en centrales eléctricas de almacenamiento de calor en todo el mundo ".

Baterías Carnot en antiguas centrales eléctricas de carbón

El almacenamiento de energía eléctrica en la escala de gigavatios-hora ya es posible con plantas de energía de almacenamiento por bombeo y sistemas de almacenamiento de baterías. Sin embargo, Casi no es posible construir plantas de energía de almacenamiento por bombeo adicionales en Alemania. Los sistemas de almacenamiento de baterías de esta dimensión son demasiado caros y no tienen suficiente durabilidad. El concepto de NADINE cubre el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía flexibles y casi sin pérdidas, los denominados sistemas de almacenamiento isentrópico. Un proceso isentrópico tiene lugar en un sistema cerrado sin ningún intercambio de calor o masa con el medio ambiente. Un concepto muy prometedor para un sistema de almacenamiento isentrópico es la batería de Carnot. Aquí, la energía eléctrica se convierte en calor con la ayuda de bombas de calor y, si necesario, de vuelta a la electricidad. La implementación de tales centrales eléctricas de almacenamiento de calor a gran escala es factible cuando se utiliza la infraestructura existente de centrales eléctricas de carbón desmanteladas. En el acuerdo de coalición, el Gobierno Federal declaró su intención de hacerlo como contribución a la protección del clima.

La infraestructura de investigación de NADINE se diseñará para tres niveles de temperatura típicos en los convertidores y sistemas de almacenamiento de energía. En Stuttgart, Está previsto un laboratorio de baja temperatura y uno de alta temperatura para tecnologías de hasta unos 700 ° C. Se utilizarán para estudiar conceptos innovadores de baterías Carnot. "Mediante una combinación inteligente de bombas de calor, sistemas de almacenamiento de calor y frío, y motores térmicos, no solo podemos almacenar energía eléctrica, pero genera beneficios adicionales, como refrigeración de centros informáticos, "dice el profesor André Thess, coordinador de NADINE y Director del Instituto DLR de Ingeniería Termodinámica. El módulo para temperaturas superiores a 600 ° C se construirá en Karlsruhe. Se aplicará para estudiar el uso de metales líquidos para baterías Carnot y dispositivos de almacenamiento térmico. "Los metales líquidos tienen excelentes propiedades de transferencia de calor y pueden usarse a temperaturas muy altas, ", dice el profesor Thomas Wetzel del Instituto de Ingeniería de Procesos Térmicos de KIT." La investigación en tecnología de metales líquidos se centra actualmente en el desarrollo de procesos innovadores prometedores para la conversión altamente eficiente de calor en energía eléctrica y combustibles. que se adaptan excelentemente al concepto NADINE ". En los laboratorios NADINE, Los disipadores de calor y las fuentes de calor estarán disponibles a través de una "plataforma de calor". Aquí, Se estudiarán componentes individuales y sistemas completos de energía isentrópica de forma similar al trabajo en un túnel de viento. Los investigadores probarán cómo deben diseñarse las diferentes unidades de almacenamiento, qué materiales son adecuados, y cómo los componentes individuales interactúan de la mejor manera posible.

La investigación sobre sistemas de almacenamiento de energía térmica a gran escala goza de una popularidad cada vez mayor en la comunidad científica internacional. El premio Nobel de Física Robert Laughlin de la Universidad de Stanford fue el invitado de honor cuando se firmó el acuerdo sobre el establecimiento de NADINE. Laughlin es el iniciador del proyecto de almacenamiento MALTA de Google X. En una conferencia impartida en la Universidad de Stuttgart, Abogó por el almacenamiento de electricidad basado en calor que ahora se desarrollará en el marco de NADINE.