mini|hochkant|Fernwärmespeicher zur Beheizung von 1.600 Wohneinheiten in London; errichtet etwa 1960., vom 29. August 2010.
Fernwärmespeicher sind zumeist drucklose, mit Wasser gefüllte Behälter, die Schwankungen im Wärmebedarf des Fernwärmenetzes bei gleicher Erzeugungsleistung der Fernheizwerke ausgleichen sollen. Analog kann diese Art der Wärmespeicher auch in Fernkältenetzen zur Speicherung von Kaltwasser eingesetzt werden.
Anwendung und Nutzen mini|links|hochkant|Fernwärmespeicher mit 100 m³ Inhalt eines Biomasseheizwerkes, rund 4 MWh Speichervermögen je Ladevorgang in Maria Gugging
Fernwärmenetze liefern den Kunden die notwendige Wärme für Heizzwecke, Warmwasserbereitung und als Prozesswärme. Der Wärmebedarf bei Tag (etwa in der Zeit von 7 bis 20 Uhr) ist wesentlich höher als in der Nacht und insbesondere die Tagesverbrauchsspitze in der Zeit von 7 bis 9 Uhr ist manchmal fast dreimal so hoch wie die Leistungsabgabe in der Nacht (vgl. Nachtabsenkung). Diese Leistungsspitzen müssen durch Wärmeerzeugungsanlagen bereitgestellt werden, was die Vorhaltung von Kapazitäten für die Spitzenlast erfordert, die nur kurze Zeit – manchmal nur wenige Minuten am Tag – betrieben werden. Um die Wärmeerzeugung besser auszulasten, besteht die Möglichkeit, in der Nacht Wärme in den Speicher zu laden und diese am Tage, insbesondere in der Morgenspitze, wieder zu entnehmen.
Ein weiterer Anwendungsfall ist die energiewirtschaftliche Optimierung und Flexibilisierung („funktionaler Stromspeicher“) von KWK-Anlagen.. Bei niedrigem Preis an der Strombörse fahren Heizkraftwerke herunter und die Wärmekunden werden aus dem Wärmespeicher versorgt. Dabei beziehen die Endkunden Elektrizität aus dem Netz. Umgekehrt können Heizkraftwerke bei hohem Preis hochfahren und Elektrizität über den Bedarf der lokalen Stromkunden ins übergelagerte Netz einspeisen, selbst wenn der Wärmebedarf niedrig ist, weil die Nutzwärme im Fernwärmespeicher zwischengepuffert werden kann. Mit der Speicherung auf der thermischen Seite kann der Anlagenbetrieb flexibilisiert werden, was die Systemintegration von erneuerbaren Energien unterstützt. Der Fernwärmespeicher wirkt im Zusammenspiel mit der KWK-Anlage wie ein elektrischer Energiespeicher (EES): bei niedrigem Preis wird elektrische Energie aus dem Netz aufgenommen, bei hohem Preis wird sie ins Netz eingespeist.Björn Hartmann: Wo Deutschlands höchste Thermoskanne entsteht /
Der rostrote Turm, den Bilfinger in Ulm in die Höhe zieht, ist ein Fernwärmespeicher für die ganze Stadt. Ein Besuch auf der Baustelle In: Berliner Morgenpost - Berlin vom 30. Januar 2026, Seite 4 Fernwärmenetze und -speicher ermöglichen die Nutzung von Abwärme, Solarthermie, Geothermie und Müll für die Wärmeversorgung und sind somit ein wesentlicher Baustein der Wärmewende.
Aufbau und Betrieb von Fernwärmespeichern mini|Fernwärmespeicher des Kraftwerkes Theiß mit 50.000 m³ Inhalt, welcher das Fernwärmenetz Krems speist. Speichervermögen 2 GWh je LadevorgangUmwelterklärung Kraftwerk Theiß 2012 Stand November 2012.
Fernwärmespeicher lassen sich grundsätzlich nach der Bauweise und nach dem Betrieb einteilen.
Einteilung nach Bauweise Bei der Einteilung nach Bauweise unterscheidet man in drucklose Fernwärmespeicher, also bis maximal 100 °C (Einzonenspeicher) bzw. 115 °C (Zweizonenspeicher) betreibbare, und Druckspeicher, die mit über 100 °C und gegebenenfalls bis ca. 150 °C betreibbar sind.Andreas Oberhammer: Fernwärmetage 2012 (PDF-Datei).
Beim drucklosen Speicher nimmt der Fernwärmespeicher selbst die Volumenänderung auf, die durch die Erwärmung entsteht. Das Wasser im Speicher steht nicht unter Überdruck und kann daher nur bis 98 °C aufgeheizt werden. Dies macht im Winter eine Nachheizung auf die geforderte Vorlauftemperatur im Wärmenetz notwendig. Ein Beispiel für diese Bauart ist der Fernwärmespeicher des Kraftwerkes Theiß (siehe Foto). Ein druckloser Speicher kann gleichzeitig als Druckhalteeinrichtung genutzt werden; Voraussetzung dafür ist, dass der Wasserspiegel des Speichers über dem hydrostatischen Nullpunkt des Fernwärmenetzes liegt. Damit stellt der Wärmespeicher gleichzeitig die Druckhaltung für das Fernwärmenetz dar, so wie dies beim 2011 in Betrieb genommenen Salzburger Fernwärmespeicher realisiert wurde. Kann ein druckloser Speicher nicht hoch genug gebaut werden, um den hydrostatischen Druck des Wärmenetz auszugleichen, muss bei drucklosen Speichern bei Entnahme von Wärme der Rücklauf des Heizwassers über eine Drossel in den Speicher hineingelassen werden und andererseits das heiße Wasser von der Oberseite mittels einer Pumpe auf den Druck des Fernheiznetzes gebracht werden. Eine Sonderbauart stellen die Zweizonenspeicher dar, bei diesen lastet über eine Zwischendecke getrennt kälteres Wasser über der eigentlichen, heißen Zone und sorgt so für genügend statischen Druck, dass das heiße Wasser unter der Zwischendecke bei Temperaturen von 110 bis 115 °C nicht verdampfen kann.
mini|hochkant|Fernwärmespeicher in Chemnitz
Dieser Energieaufwand zur Druckerhöhung kann bei den Druckspeichern entfallen, zudem ermöglichen sie höhere Speichertemperaturen über dem Siedepunkt von Wasser, was die Notwendigkeit der Nachheizung verringert. Die Volumenänderung aufgrund der Wärmeausdehnung des Wassers wird durch die Druckhaltung aufgenommen bzw. abgeführt. Nachteilig ist bei Druckspeichern, dass nur begrenzte Durchmesser möglich sind, weil ansonsten die Zugkräfte in der Speicherwand zu groß werden. Daher können größere Volumina nur in Modulbauweise dargestellt werden, was relativ kostenträchtig ist (Wandmaterial) im Vergleich zu großen drucklosen Speichern. Ein Bauartbeispiel hierfür ist der Fernwärmespeicher in Chemnitz (siehe Foto).
Einteilung nach Betriebsweise mini|links|hochkant|Puffer (Heiztechnik), also reine Verwendung durch nur einen Verbraucher, ein Gewächshaus
Man kann Fernwärmespeicher auch funktional nach der Betriebsweise und damit der Anzahl von Ladezyklen bzw. der Speicherzeitkonstante T = Energie/Leistung einteilen. Bei dieser Herangehensweise lassen sich folgende Arten unterscheiden: Kesselmindestlastspeicher, Morgenspitzenspeicher, Tagesspeicher, Wochenendspeicher und
Saisonalspeicher.
Kältespeicher Speicher für Kälte sind grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie Fernwärmespeicher. Aufgrund der meist geringen Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf sind diese jedoch bezogen auf ihre Speicherarbeit zumeist besonders groß.
Eisspeicher (Zur Wärmespeicherung mithilfe von Eisspeichern siehe Eis-Speicher-Wärmepumpe)
Ein besonderer Typ von Kältespeichern sind Eisspeicher, die früher als Eiswasserspeicher in Molkereien und Brauereien in Anwendung waren. Dabei wird das Kältemittel (früher zumeist Ammoniak, heute oftmals das FKW-Kältemittel 134a) direkt innerhalb von in einem Wasserbecken liegenden Stahlrohren verdampft. An der Außenseite bilden sich Eisschichten. Dieses Eis speichert die Kälte, sodass bei stoßartiger Kühlwasserentnahme aus dem Wasserbecken genügend Kälte bereitgestellt werden kann.
Anwendungsbeispiel: In der Milchsammelstelle wurde früher morgens und/oder abends warme Milch angeliefert, die in kurzer Zeit abgekühlt werden musste, was periodisch wiederkehrend kurzfristig hohe Kühlenergien erforderte. Für diese Anwendung ist die Eiswasserspeicheranlage auch heute noch nützlich, da das für die Kühlung notwendige Eis über die Nacht oder zumindest über eine längere Dauer und mit einer leistungsschwächeren Kühlmaschine erzeugt werden kann als bei einer Direktkühlung. Müssen beispielsweise 6.000 Liter Milch von 30 °C auf 4 °C zügig abgekühlt werden, so wird dazu eine Eismasse von ca. 2.000 kg benötigt.
Bei neueren Anlagen wird die Kälte von der Kältemaschine direkt auf ein Wasser-Glykolgemisch bei Minusgraden übertragen, das in Kunststoffleitungen in mehreren Rohrreihen durch das Kühlwasserbecken fließt. An den Rohrschlangen bildet sich Eis, welches über die hohe Schmelzenthalpie wesentlich mehr Kälte speichern kann als Wasser.Ernst-Rudolf Schramek: Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik. 07/08. Stand: 11. September 2010. ()
Die mit Eisspeichern erreichte Kosteneinsparung basiert darauf, dass die für die Spitzenlastdeckung vorgesehene Kompressionskältemaschine nicht in der Hochtarifzeit läuft und die notwendige Kälte vom Eisspeicher bereitgestellt wird. In den Nachtstunden (Niedertarifzeit) wird er von der Kältemaschine wieder aufgeladen und somit für den Tag neues Eis bereitgestellt. Neben diesem Kostenvorteil durch günstigere Stromtarife gibt es auch einen thermodynamischen Vorteil: In der Nacht ist, bedingt durch die niedrigere Außentemperatur, die Arbeitszahl der Kältemaschine besser, weshalb die für die Eisherstellung notwendige tiefere Temperatur bei geringfügig besserer Arbeitszahl erzeugt werden kann. tu-dresden.de, Stand: 11. September 2010.
Berechnung der Speicherdichte Die Speicherdichte (kWh/m³) gibt als Kenngröße an, wie viel Energie (kWh) in einen Kubikmeter Speicher gepuffert werden kann. Sie errechnet sich – im Falle ohne Phasenumwandlung – durch:
wobei: die Temperaturdifferenz zwischen einströmenden und ausströmenden Medium des Speichers in Kelvin, die Dichte in kg m−3 und die isobare Wärmekapazität kJ kg−1 K−1 ist.
Bei einer Phasenumwandlung wird die Speicherdichte zusätzlich erhöht. Die im Phasenwechsel gespeicherte Energie errechnet sich zu:
wobei: die Dichte in kg m−3 ist die Schmelzenthalpie kJ kg−1
Typische Speicherdichten Kältespeicher auf Basis einer Wasserfüllung: 7 kWh/m³ bzw. je Grad Temperaturdifferenz 1,16 kWh/m³K Kältespeicher mit Phasenumwandlung von Wasser (fest-flüssig): 60 bis 80 kWh/m³ Druckloser Fernwärmespeicher auf Basis einer Wasserfüllung: 30 – 40 kWh/m³ (bei Mehrzonen-Systemen auch mehr) Fernwärmedruckspeicher: 90 kWh/m³
Liste großer Fernwärmespeicher und Kältespeicher Realisierte Speicher