ETES als Brücke zwischen den Sektoren Wärme, Kälte und Elektrizität

STZ, Mai 2021 - 39 Prozent der globalen CO2-Emissionen sind auf Heizungen oder Kühlungen zurückzuführen. Eine technische Lösung muss in Betracht gezogen werden, welche alle Sektoren berücksichtigt und nicht nur die Stromerzeugung. ETES, der elektrothermische Energiespeicher von MAN Energy Solutions, bietet ein skalierbares und CO2-neutrales Sektorenkopplungssystem. Mitglied Heinz Zürcher, Managing DIrector und Chief Operating Officer bei der MECOS AG, einer Tochtergesellschaft von MAN Energy Solutions, im Interview mit der Redaktion von Swiss Engineering.

 

Heinz Zürcher, die Medien sprechen von einer Zeitenwende für die Schweiz:
Welche Rolle spielt MAN Energy Solutions in Bezug auf das Energiemanagement?

MAN Energy Solutions setzt gemeinsam mit ihren Partnern Massstäbe auf dem Weg in eine klimaneutrale Welt. Wir entwickeln effiziente Anlagen für Prozesse oder neuartige Lösungen, die unsere Kunden bei der Reduzierung ihrer CO2-Emissionen unterstützen. Dazu gehören hocheffiziente Kompressionssysteme für die Endlagerung von CO2, Schiffsantriebssysteme mit CO2-neutralen Brennstoffen sowie diverse Power-to-Poweroder Energiespeicherlösungen. Zum Beispiel das Energiemanagementsystem MAN ETES – ein elektrothermischer Energiespeicher, der vollständig in Zürich konzipiert, entwickelt und gefertigt wird.

Worum geht es bei der ETES-Technologie und welche Probleme löst sie?

ETES ist das erste Tri-Generation-Energiemanagement-System, das gleichzeitig als Energiespeicher und Wärmepumpe eingesetzt werden kann. Wärme, Kälte und Elektrizität sind Teil derselben Lösung, wodurch die Technologie flexibel und vielfältig eingesetzt werden kann. Das System löst zwei Probleme: Zum einen sichert es die Netzstabilität, indem es grosse Mengen an überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien speichert, der zu einem späteren Zeitpunkt verfügbar gemacht werden kann. Zum anderen können Wärme und Kälte bei Bedarf direkt an die Verbraucher verteilt werden. Die Wärme kann beispielsweise für industrielle Anwendungen bereitgestellt werden oder für die Wärmeversorgung von Krankenhäusern, Schulkomplexen und ganzen Stadtvierteln. Typische Kälteanwendungen sind beispielsweise die Kühlung von Rechenzentren oder die Klimatisierung grosser Gebäude.

Wie funktioniert die Technologie?
Das Grundprinzip von MAN ETES ist die Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie mittels Speicherung als Warmwasser und Eis. Das System arbeitet dabei nach dem gewöhnlichen Prinzip von Wärmepumpen: Ein Kältemittel wird durch Druckerhöhung erhitzt und anschliessend wieder abgekühlt. Für diesen Prozess nutzt ETES erneuerbare Energien. Die entstandene Wärme und Kälte können in isolierten Reservoirs gespeichert oder direkt an die Verbraucher verteilt werden. Darüber hinaus kann die thermische Energie bei Bedarf wieder in Strom zurückverwandelt werden.

MAN Energy Solutions entwickelt gemäss Medienbericht einen mit Ammoniak betriebenen Motor für die Schifffahrt. Wird Ammoniak auch beim ETES-Verfahren eingesetzt?
Es gibt Wärmepumpenhersteller, die als Kältemittel Ammoniak verwenden. Wir haben uns aber für reines Kohlendioxid entschieden, weil es diverse Vorteile mit sich bringt, nicht zuletzt die gute Umweltverträglichkeit: Im Vergleich zu synthetischen Kältemitteln weist CO2 eine signifikant bessere Umweltbilanz auf. Ausserdem werden dank CO2 viel höhere Temperaturen erreicht, welche den Einsatz unserer Wärmepumpe für den Grossteil von Industrieprozessen ermöglicht.

Wie unterscheidet sich das ETES-Verfahren gegenüber anderen Verfahren?
Unsere Marktrecherchen haben gezeigt, dass bis heute kein vergleichbares System auf dem Markt ist, welches die Sektoren Strom, Wärme und Kälte miteinander verknüpft. Ein weiteres innovatives Hauptmerkmal ist die Nutzung von toxikologisch und umwelttechnisch unbedenklichem CO2 als kostengünstiges Arbeitsmittel für Wärme-und Kälteprozesse und Wasser als Speichermedium.

Was war aus Sicht eines Ingenieurs die technologisch grösste Herausforderung?
Die Simulation des Prozesses und dessen Verifikation stellten eine grosse Herausforderung dar. Die eingesetzten Systemkomponenten befinden sich jedoch auf sehr hohem Reifegrad. Hierfür ist das Grundlagenwissen im Konzern vorhanden, wodurch wir uns auf unseren Kernkompetenzen abstützen können.

Wie können mit ETES die Klimaziele besser erreicht werden?
ETES speichert überschüssige Energie aus erneuerbaren Energiequellen wie beispielsweise Sonne und Wind und macht diese bei Bedarf nutzbar. Essenziell ist dies, weil knapp die Hälfte des weltweiten Energieverbrauchs der CO2-Emissionen auf Wärme und Kälte fallen, die mehrheitlich aus fossilen Brennstoffen erzeugt werden. Erneuerbare Energien können hier nur etwa 10 Prozent der benötigten Gesamtenergie liefern. Somit gleicht das System dank seiner Speicherkapazität von bis zu 128 MWh/Tag die Produktion von Strom mit dem zeitlich verschobenen Bedarf aus. Weiter können Wärme- oder Kältesektoren mit in die Energiebilanz eingebunden werden, wodurch ein smartes Energiemanagement ermöglicht wird. ETES fungiert als Brücke zwischen den Sektoren Wärme, Kälte und Elektrizität. Diese Sektorenkopplung ist ein essenzielles Element, um Emissionen wirklich nachhaltig senken zu können.

Wo ist dieses Verfahren einsetzbar? Wird die Technologie schon eingesetzt?
Die Technologie ist insbesondere für urbane Regionen mit einer starken industriellen Basis hochrelevant. Die ersten Aufträge für die Technologie sind bereits eingetroffen: In einer neuen Fernwärme-Anlage in Esbjerg, Dänemark, werden zwei ETESHeat- Pump-Systeme mit einer Heizleistung von insgesamt 50 MW installiert, die jährlich rund 100'000 Einwohner mit rund 253'000 MWh Wärme versorgen wird. Dank der Lage am Hafen können die Systeme erneuerbaren Strom aus nahen Windkraftanlagen sowie Meerwasser als Wärmequelle zur Gewinnung von Heizenergie verwenden. Zudem prüfen wir gerade mit der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule und den Stadtwerken Aachen die Implementierung einer ETES-Anlage mit einer Leistung von bis zu 7 MW im Raum Aachen.

Welches sehen Sie als die grösste Herausforderung für das Erreichen der Klimaziele?
Der Weg in eine klimaneutrale Zukunft ist herausfordernd und die Ziele sind hoch gesetzt: Die Schweiz zum Beispiel hat sich dazu verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen bis 2030 um mindestens 50 Prozent gegenüber 1990 zu reduzieren. Wir Ingenieure erfinden innovative technische Systeme, um diesem Ziel näherzukommen. Doch solange die Energiepreise und Lenkungsabgaben auf Klimagasen tief bleiben, ist es schwierig die Parteien in eine für alle annehmbare Konstellation zu bringen. Aufgrund der genannten Schlüssel-Rahmenbedingungen (Energiepreise, CO2-Lenkungsabgaben) werden neuartige Systeme nur sehr zögerlich in industrielle Applikationen eingeführt.

 

Zur Person
Heinz Zürcher ist Managing Director und Chief Operating Officer bei der MECOS AG. Der diplomierte Maschineningenieur startete seine Ingenieurkarriere bei der ABB Kraftwerke AG und wechselte danach zur Sulzer Turbo als Verkaufsingenieur. Weiter bekleidete er verschiedene Führungspositionen, wie auch Leiter Marketing & Produktmanagement Turbomaschinen bei MAN Energy Solutions.
 

 

Interview: Uschi Roth
Bildquelle:
Artikel aus der STZ: Ausgabe Mai 2021

 

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