Lebenszyklusanalyse von saisonalen thermischen Energiespeichern : Grubenspeicher und thermochemische Speicher im Vergleich

Abstract

Um dem Klimawandel entgegenzuwirken und natürliche Ressourcen nachhaltig zu nutzen, rückt die Entwicklung umweltfreundlicher Technologien in den Mittelpunkt. Besonders im Energiesektor, welcher einer der größten Verursacher von Treibhausgasemissionen ist, sind Fortschritte bei der Reduktion von CO2-Emissionen und der Steigerung der Energieeffizienz entscheidend, um eine umweltfreundliche und stabile Energieversorgung der Zukunft zu gewährleisten. Nachhaltigkeit und effiziente Energiespeicherung spielen dabei eine zentrale Rolle. Um die Umweltauswirkungen eines Produkts abzuschätzen, ist eine Lebenszyklusanalyse (auch Ökobilanzierung, engl. Life Cycle Assessment, LCA) eine umfassende Methode. Diese Arbeit diskutiert saisonale thermische Energiespeicher (STES) unter Anwendung dieser Methode.STES stellen eine zukunftsweisende Technologie dar, um Wärme über lange Zeiträume zu speichern und so erneuerbaren Energiequellen eine zuverlässige Nutzung zu ermöglichen. Energiesysteme können mit STES erheblich verbessert werden, da sie überschüssige Wärmeenergie über längere Zeiträume speichern und bei Bedarf zur Verfügung stellen und damit können saisonale Schwankungen erneuerbarer Energiequellen ausgeglichen werden. Dennoch sind STES zum aktuellen Zeitpunkt in der Energieinfrastruktur noch nicht weit verbreitet. Forschungen und Innovationen in diesem Bereich werden vorangetrieben, um die Entwicklung der Technologie zu beschleunigen. Eine nachhaltige Entwicklung zu gewährleisten und dabei nicht nur kurzfristig Vorteile zu erzielen, sondern auch langfristige Umweltauswirkungen durch den Einsatz von STES zu berücksichtigen, kann im Zusammenhang mit einer LCA erfolgen. Im Rahmen einer LCA werden die Umweltauswirkungen der verschiedenen Lebensphasen der untersuchten STES quantifiziert und bewertet. Dies umfasst die Emission von Treibhausgasen, den Energie- und Ressourcenverbrauch sowie weitere Umweltauswirkungen, die in den Phasen der Rohstoffgewinnung, Produktion, Nutzung und Entsorgung auftreten.Um diese Umweltauswirkungen abzuschätzen, wird in dieser Arbeit für zwei Speichertypen - Grubenspeicher und thermochemische Speicher – eine Lebenszyklusanalyse durchgeführt. Im ersten Schritt wird eine umfangreiche Literaturrecherche vorgenommen, um die vorhandene Expertise im Bereich der Technologien sowie der Methodik einer LCA zu erlangen. Anschließend werden Daten für die LCA der jeweiligen Technologien erhoben. Konkret handelt es sich um einen Grubenspeicher mit 260 MWh Kapazität und thermochemische Speicher mit 1,6 MWh und 260 MWh, die unterschiedliche Speichermaterialien verwenden. Die Analyse wird mit dem Tool openLCA unter der Verwendung der ecoinvent-Datenbank durchgeführt.

Sustainability and efficient energy storage are topics that dominate today's discussions. A life cycle assessment (LCA) is a comprehensive method for estimating the environmental impact of a product. In this paper, seasonal thermal energy storage (STES) will be discussed using this method.STES are a promising technology for storing heat over long periods of time and thus enabling renewable energy sources to be used reliably. Energy systems can be significantly improved with STES, but they are not yet widespread in the energy infrastructure. Research and innovation in this area is being driven forward to accelerate technology development. To guarantee sustainable development and thus ensure not only short-term benefits but also consider long-term environmental impacts using STES, an LCA can provide information.In order to assess these environmental impacts, a life cycle analysis is carried out in this thesis for the two storage types - pit storage and thermochemical storage. The first step is to carry out appropriate literature research in order to acquire the existing expertise in the field of technologies and the methodology of an LCA. In the following, data for the LCA is collected for the respective technologies. Specifically, this involves a pit storage facility of 260 MWh and thermochemical storage facilities of 1,6 MWh and 260 MWh with different storage materials. Furthermore, the analysis is carried out with the openLCA tool using the ecoinvent database. This is followed by a discussion of the results and a comparison with the literature.