Sandbatterie: Wie Wärme in Sand für die Fernwärme gespeichert wird

Fernwärmeversorger stehen vor der Aufgabe, zunehmend fluktuierende erneuerbare Energie zu nutzen und gleichzeitig Speicher für saisonale Nachfrage bereitzustellen. Wenn in windreichen oder sonnigen Phasen viel Strom verfügbar ist, bleibt oft ungenutzte Energie, die sich wirtschaftlich speichern ließe. Genau hier setzt das Konzept der Sandbatterie an: Überschüssiger Strom erhitzt günstiges, granuläres Material, das die Wärme Wochen bis Monate halten kann.

In Finnland sind in den letzten Jahren mehrere Projekte entstanden: kleine Demonstratoren seit 2022 und größere Anlagen 2025, dazu eine Auftragsankündigung für eine 250 MWh-Anlage mit Fertigstellung geplant 2027. Solche Anlagen versprechen, Fernwärmenetze zu entlasten, fossile Brennstoffe zu ersetzen und gleichzeitig Netzdienste zu erbringen. Die folgenden Abschnitte führen Schritt für Schritt durch Technik, Praxis, Chancen und Grenzen.

Eine Sandbatterie ist ein thermischer Energiespeicher: Elektrischer Strom wird in Heizern in Wärme umgewandelt und an einen großen Behälter mit Sand oder ähnlichem Speichermaterial abgegeben. Der Sand speichert die Wärme in Form von innerer Energie. Isolierte Behälter und passende Bauformen minimieren Wärmeverluste, so dass die gespeicherte Energie Wochen bis Monate gehalten werden kann. Die Entladung erfolgt, indem warme Luft, Wasser oder Dampf durch das Speichermedium geleitet wird; die Wärme wird dann in ein Fernwärmenetz oder industrielle Prozesse eingespeist.

Technische Eckdaten, wie sie Hersteller angeben: Ladespitzen bis etwa 600 °C, Ausgabetemperaturen typischerweise zwischen 60 °C und 400 °C, und niedrige Selbstentladungsraten wegen starker Isolierung. Kleinere Demonstrationsanlagen weisen oft eine Round-trip-Effizienz (also die Wirkleistung beim Laden und Entladen) von 60–75 %, größere Anlagen können nach Herstelleraussagen deutlich höhere Werte erreichen, typischerweise 80–90 %. Diese Zahlen stammen überwiegend aus Herstellerangaben und aktuellen Branchenberichten; unabhängige Langzeitdaten sind noch begrenzt.

Sand als Speichermedium verbindet einfache Rohstoffe mit hoher Hitzefestigkeit und langer Lebensdauer.

Die Konstruktion ist vergleichsweise simpel: ein Stahl- oder Betonsilo, innen isoliert, gefüllt mit Sand; Heizregister oder Heizelemente und Wärmeübertrager für das Entladen. Der Hauptvorteil ist die Materialverfügbarkeit und Langlebigkeit: Sand korrodiert nicht und bleibt über Jahrzehnte stabil. Als Beispiel nennen Hersteller Lebensdauern von 30 Jahren oder mehr, was die Anlage pro gespeicherter MWh günstiger macht als viele Batteriesysteme.

Wenn Zahlen helfen: Demonstrationsanlage Kankaanpää (Finnland) arbeitete mit rund 0,2 MW Leistung und etwa 8 MWh Speicherkapazität; spätere Anlagen in Finnland erreichten 1 MW/100 MWh und es sind Projekte mit 2 MW/250 MWh geplant (siehe Quellen).

Für Fernwärme sind Sandbatterien besonders interessant, weil Wärme direkt und ohne Umwandlungsverluste in das vorhandene Netz eingespeist werden kann. Betreiber berichten, dass Sandbatterien im Tages- und Saisongeschäft helfen: Tagsüber gespeicherte Wärme liefert abends oder in kalten Perioden Wärme, die sonst mit Gas oder Holz erzeugt würde. Dadurch sinkt der Einsatz fossiler Brennstoffe.

Konkrete Beispiele aus Finnland verdeutlichen das Potenzial: Eine 1 MW/100 MWh-Anlage wurde 2025 in Betrieb genommen; außerdem wurde im Jahr 2025 ein Vertrag für eine 2 MW/250 MWh-Anlage für ein Fernwärmenetz geschlossen, mit geplantem Baubeginn 2026 und Fertigstellung 2027. Hersteller und Betreiber geben an, dass solche Systeme die Nutzung teurer Spitzenstrompreise und die Teilnahme an Netzstabilisierungsdiensten erlauben.

Ein praktischer Effekt: In windreichen Phasen wird überschüssiger Strom genutzt, die Anlage heizt sich auf, und bei Bedarf wird die gespeicherte Wärme in das Fernwärmenetz eingespeist. Das verbessert die Auslastung erneuerbarer Erzeugung und reduziert kurzfristig eingesetzte fossile Erzeuger. Betreiber berichten von deutlichen Einsparungen beim Erdgasbedarf; konkrete Prozentwerte hängen aber vom Betriebsmodus und dem Netzmix ab.

Wichtig ist, dass die Technik modular skalierbar ist: Kleine Anlagen sind für Stadtteile oder Industrieparks geeignet, größere Systeme (dutzende bis hunderte MWh) dienen zur saisonalen Speicherung. Die Wirtschaftlichkeit ergibt sich aus geringen Materialkosten, langer Lebensdauer und dem Zugang zu Reservemarkt-Erlösen.

Chancen: Sandbatterien bieten kostengünstige, langlebige Speicher für mittlere bis hohe Temperaturen. Sie sind weniger rohstoffintensiv als Lithium-Systeme und haben geringe Umweltrisiken beim Betrieb. Für Kommunen und Fernwärmeversorger können sie die Abhängigkeit von Gas reduzieren und Erneuerbare besser integrieren. Zudem sind sie gut geeignet, um saisonale Schwankungen zu glätten – ein wichtiger Punkt in nördlichen Klimazonen mit hohem Heizbedarf.

Risiken und offene Fragen: Viele Leistungsdaten stammen aus Herstellerangaben; unabhängige, peer‑reviewte Langzeitstudien fehlen weitgehend. Effizienz und Wirtschaftlichkeit hängen stark von lokalen Faktoren ab: Strompreisprofile, vorhandene Infrastruktur, Zugang zu Reserve- und Kapazitätsmärkten und regulatorische Rahmenbedingungen.

Technisch sind hohe Temperaturen ein Vor- und Nachteil: Sie erlauben große Energiedichten, erhöhen aber Anforderungen an Isolierung und Komponenten. Betriebssicherheit, Instandhaltung und die Frage, wie sich Materialeigenschaften über Jahrzehnte verändern, müssen noch weiter beobachtet werden. Ein weiterer Punkt ist die Integration in bestehende Wärmenetze: Manche Netze benötigen höhere Vorlauftemperaturen, andere arbeiten mit Niedertemperatur-Systemen; die Sandbatterie muss entsprechend dimensioniert und mit Wärmetauschern geplant werden.

Bei der Bewertung gilt: Erste Projekte in Finnland liefern vielversprechende Ergebnisse, sind aber noch kein endgültiger Beweis für breite Übertragbarkeit. Unabhängige Lebenszyklus-Analysen und echte Betriebsdaten über mehrere Heizsaisons werden entscheidend für die Einschätzung von Kosten, Emissionseinsparung und Skalierungspotenzial sein.

Die nächsten Jahre werden zeigen, ob Sandbatterien von regionalen Demonstrationsprojekten zu einem etablierten Element der Wärmeinfrastruktur werden. Geplante Großprojekte mit einigen 100 MWh sind ein wichtiger Test dafür, ob Skaleneffekte Effizienz und Kosten weiter verbessern. Betreiber nennen mögliche Lebensdauern von 30 Jahren und niedrige Kosten pro MWh als Argumente für eine breite Anwendung.

Integration bedeutet nicht nur Technik: Auch Marktregeln, Förderprogramme und Netztarife müssen angepasst werden, damit Speicher wirtschaftlich betrieben werden können. In einigen Fällen kann eine Kombination mit anderen Systemen sinnvoll sein, etwa mit Wärmepumpen, saisonalen Warmwasserspeichern oder der Nutzung von Abwärme aus Industrie.

Für Betreiber und Kommunen empfiehlt sich eine kurze Checkliste vor einer Entscheidung: Analyse des lokalen Wärmebedarfs, Simulation verschiedener Betriebsmodi (Tages- vs. Saisonbetrieb), Prüfung von Förderoptionen und eine unabhängige Lebenszyklusanalyse zur Abschätzung von Emissionseinsparungen. Frühzeitige Kooperationen mit Netzbetreibern erhöhen die Chancen, auch an Reserve- oder Regelenergiemärkten Erlöse zu erzielen.

Schließlich sind internationale Erfahrungen wichtig: Erkenntnisse aus finnischen Projekten helfen, typische Fehler zu vermeiden. Gleichzeitig bleibt zu beobachten, wie sich regulatorische Rahmenbedingungen und Marktanreize in Europa entwickeln, damit Speicher ihr volles Potenzial entfalten können.

Sandbatterien sind ein pragmatischer Ansatz, um große Mengen erneuerbarer Energie als Wärme zu speichern. Erste kommerzielle Anlagen und angekündigte Großprojekte in Finnland liefern Hinweise darauf, dass die Technik für die Entlastung von Fernwärmenetzen und die Reduktion fossiler Brennstoffe geeignet ist. Entscheidende Faktoren bleiben jedoch unabhängige Betriebsdaten, Wirtschaftlichkeitsrechnungen für verschiedene Standorte und die Anpassung von Marktregeln. Wer über den Einsatz nachdenkt, sollte lokale Lastprofile, Förderbedingungen und mögliche Marktoptionen sorgfältig prüfen.