Im Rahmen des Forschungsprojektes „Sektorenübergreifender Hochtemperaturspeicher zum Ausgleich volatiler erneuerbarer Stromerzeugung (High-T-Stor)“ hat die Technische Hochschule Mittelhessen (TH Mittelhessen) den Aufbau und die Untersuchung des Betriebsverhaltens eines neuartigen, sektorenübergreifenden und flexiblen Hochtemperatur-Energiespeichers sowie dessen Verbesserung durch lasergestützte additive Fertigungsprozesse realisiert. Die TH Mittelhessen entwickelte einen Hochtemperaturspeicher für Strom aus erneuerbaren Quellen. Zusammen mit den Stadtwerke Gießen wurde ein neuartiger Hochtemperaturspeicher entwickelt, um Energie als Wärme zu speichern. Elektrische Heizelemente erzeugen dabei Wärme von bis zu 1.100°C. Diese wird in Keramikelementen gespeichert. Bei Bedarf wird sie über eine inverse Gasturbine in Strom und Heizenergie umgewandelt. Mit diesem Verfahren werden 80 Prozent der Ausgangsenergie nutzbar sein. Forschungsschwerpunkte des Projekts liegen unter anderem auf Fragen der optimalen Geometrie des Speichers und der Integration der Heizelemente in den aus keramischen Formsteinen bestehenden Speicherblock. Dafür wurde erstmals ein entsprechender Demonstrator in Gießen aufgebaut, in Betrieb genommen und wissenschaftlich analysiert. Die Kooperationspartner haben auf dem Betriebsgelände der Stadtwerke Gießen diese Demonstrationsanlage mit einer Speicherkapazität von 1.750 kWh aufgebaut. Großanlagen mit deutlich höherer Kapazität von bis zu 100 MWh sind möglich. Diese Energiemenge würde über 10.000 Haushalten einen Tag lang genügend Strom bieten.

Der Wärmespeicher hat ein Gesamtgewicht von 47 Tonnen. Er besteht aus Schamottestein-Mauerwerk mit vertikalen und horizontalen Öffnungen, elektrischen Heizelementen und einer Isolierung aus Vermiculit, einem Mineral mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit. Der Speicher besitzt eine thermische Kapazität von ca. 1,75 MWh.

Vor Beginn des Projekts entstand eine informelle Kooperation und ein Ideenaustausch zur zukünftigen Handhabung der Abwärmenutzung aus Rechenzentren in Offenbach zwischen der THM in Person von Herrn Prof. Lechner, der Energieversorgung Offenbach (EVO), der Lokalen Agenda21 Offenbach (LA21) sowie dem Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND) – Landesverband Hessen e.V. Dieser informelle Austausch mündete in der Beantragung des vorliegenden Forschungsvorhabens, in dem die EVO als Projektpartner und die LA21 sowie der BUND als assoziierte Partner auftreten. In diesem Verbundprojekt „InnovAbwNRZ“ werden technische und ökonomische Grundlagen zur Bewertung verschiedener Optionen der Abwärmenutzung aus Rechenzentren (RZ) erarbeitet. Darüber hinaus wurde am Beispiel Offenbach anhand eines realen Rechenzentrums ein Simulationsmodell zur Darstellung der nachhaltigen Abwärmenutzung entwickelt, in welches die erarbeiteten Grundlagen einfließen.
Im Rahmen der Projektlaufzeit wurde ein Rechenmodell entwickelt, das zur Planung und Berechnung von Abwärmepotenzialen in RZ genutzt werden kann. Dafür sind die gängigen Methoden der Serverraumkühlung sowie technisch umsetzbare Varianten der Abwärmenutzung programmtechnisch abgebildet worden. Die zuvor identifizierten, gängigen Kühlmethoden wurden einander gegenübergestellt, um das Optimierungspotenzial für ein Rechenzentrum hinsichtlich der Effizienzkennzahlen im Offenbacher Fernwärme-Versorgungsgebiet zu untersuchen.
Auf Basis der Ergebnisse der Marktstudie, der Analyse von Hemmnissen bei der Realisierung von Abwärmenutzungsprojekten und der Diskussionen im Rahmen eines Stakeholder-Workshops mit über 80 Teilnehmenden am 12.01.2023 in Frankfurt, wurde eine Roadmap „Abwärmenutzung aus Rechenzentren in Hessen“ entworfen, die Maßnahmen vorschlägt, wie die Abwärmenutzung aus Rechenzentren künftig forciert werden kann.

Die Sektorkopplung in der Energiezentrale des Quartiers wird realisiert durch Entwicklung einer neuartigen Hochtemperatur-Speichertechnologie (Power-to-Heat-and-Power), in Kombination mit einem multifunktionalen Batteriespeichers für Strom und einem zentralen Warmwasser-Schichtenspeicher für Abwärme. Auf diese Weise entsteht eine hochflexible und effiziente Speicher- und Nutzungskette entlang des Energieniveaus. Elektromobilität wird als zusätzlicher Baustein realisiert, so dass alle Verbrauchssektoren berücksichtigt werden. Aus der primärenergieschonenden Versorgung des Quartiers mit hohen Anteilen PV-Stroms, resultieren temporäre Energieüberschüsse, welche in dem Hybridspeichersystem sowohl kurz- als auch mittelfristig speicherbar sind. Eine weitere Besonderheit ist der Einsatz des Speichersystems für Energie- und Systemdienstleistungen über die Quartiersgrenzen hinaus, z. B. für positive und negative Regelenergie oder zur Einspeisung in das Gießener Fernwärmenetz für Energie- und Systemdienstleistungen über die Quartiersgrenzen hinaus, z. B. für positive und negative Regelenergie oder zur Einspeisung in das Gießener Fernwärmenetz.

Durch eigene Projektierung errichtete die CE Station GmbH eine Wasserstoff-Tankstelle in 35394 Gießen, Schiffenberger Weg 123, auf dem Parkplatz von Intersport Begro und Fressnapf. Mit dem Betrieb von über 91 Wasserstoff-Stationen in Deutschland und Österreich schafft die H2Mobility GmbH Voraussetzungen für eine saubere, leise und unkomplizierte Wasserstoff-Mobilität ohne Einschränkungen. Denn weiterhin lange Strecken fahren, keine Zeit beim Laden verlieren, ohne Einbußen beim Zuladegewicht, sauber und leise: das alles geht mit Wasserstoff (H2). Das kleinste Molekül ist eine vielversprechende Alternative für Nutzfahrzeuge, wie LKW und Busse aber auch für PKW mit intensiven Nutzungsprofilen.