Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh. Energiespeicherung. Vakuumeiserzeugung Eisspeicherung P. Albring

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1 Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh Energiespeicherung Vakuumeiserzeugung Eisspeicherung P. Albring

2 Warum wird Energie gespeichert? Ausgleich von Verfügbarkeit und Bedarf Reduzierung der Anlagengröße Leistungsgetriebe Energie kann langsam gesammelt (geringer Leistungsbedarf) und schnell verbraucht (hohe Leistung)

3 Speicher als Leistungsausgleich dezentraler Anlagen Ein Kältespeicher kann Planungsfehler nicht ersetzen denn ein 50 kw Kaltwassersatz kühlt einen 1 m³ großen Kaltwasserspeicher in nur 8,4 min um 6K ab!! Beim gleichzeitiger Eisbildung von 30% des Wasseranteils verlängert sich die Speicherzeit auf 41,4 min.

4 PCM für den Phasenübergang fest-flüssig

5 Kältespeicher Kaltwasserspeicher Eisspeicher Eis in Wasser Eisbank Kratzeis Vakuumeis Eis in Sole

6 Eiserzeugung mit konventioneller Kältetechnik Kühlturm t Speicherflüssigkeit Eis Kondensator 0 C Kältemittel Rohrwand Eisschicht Speicherflüssigkeit Rohrwand Kältemittel Verdampfer t Sp =0 C Länge Speicherflüssigkeit gefriert am Kältemittel durchflossenen Rohr / Platte Mit wachsender Eisdicke wird die Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Speicher größer und die Energieeffektivität schlechter!

7 Vakuumeiserzeuger durch Direktverdampfung von Wasser als Kältemittel Kühlturm Kältesatz als Oberstufe der Kaskade Wasserdampf- Turboverdichter Verdampfer- Kondensator - Wasserdampf Saugleitung Kondensatrücklauf Direkt Verdampfer t 0 1 C Verdampfer- Kondensator Wasser - Eis- Gemisch max. 70% Kälteverbraucher Speicherbehälter ohne Einbauten

8 Kältekaskade zur Vakuumeiserzeugung Zum Kühlturm Kondensator Kälte Kreislauf Verdampfer-Kondensator Wegen des hohen Druckverhältnis ist es nicht zweckmäßig nur mit Wasser als Kältemittel zu arbeiten. Günstig ist eine Kaskade mit einer (kostengünstigeren ) konventionellen Kälteanlage als Oberstufe. R 718 Kreislauf Vakuumeisspeicher Zum Kälteverbraucher

9 Indirekte Kältekaskade an bestehendem Kaltwassernetz Kaltwasser Rücklauf Kaltwasservorlauf 6 C Bei Erweiterung einer bestehenden Anlage kann die Wasserdampfstufe mit dem Rücklauf des Kaltwassernetzes gekühlt werden. Kondensator R 718 Kreislauf Vakuumeisspeicher Zum Kälteverbraucher

10 Speicherkapazität als Funktion der Eiskonzentration Reines Wasser 6,0 Speicherhöhe [m] 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Eisantei= 0% Eisantei= 20% Eisantei= 40% Eisantei= 50% Eisantei= 60% Eisantei= 70% Behälterdurchmesser = 2 m Entladetemperatur = 6 C Speichervolumen 6,3 m³ Speicherkapazität [kwh] 50 kwh 320 kwh

11 Kälteleistung, Speicherzeit und Speicherkapazität Speicherkapazität als Funktion der Ladezeit Speicherkapazität [kwh] h 9 h 5 h 23 h 17 h 13 h 7 h 3 h 1 h Kälteleistung [kw]

12 Speichergröße und Speicherkapazität von Kältespeichern Kaltwasserspeicher 1 MWh 30 Speicherhöhe [m] Eisantei= 0% Eisantei= 50% Speicherkapazität [kwh] Eisantei= 0% Eisantei= 10% Eisantei= 20% Eisantei= 30% Eisantei= 40% Eisantei= 50% Behälterdurchmesser = 3,5 m Entladetemperatur = 6 C Vakuumeisspeicher 1 MWh

13 Energetische Effekte Kälteanlage t 0 [1] t C [2] η is [3] COP [4] Konv. Eisspeicher R134a (einstufig) [5] % 3,28 Vakuumeis Kaskade R718 / R134a Kaskade [6] % / 75 % 14,8 / 7,2 4,60 Konv. Kaltwassersatz R134a KWS [7] % 5,2 Vakuumeis Kaskade R718 / R134a Kaskade [8] % / 75 % 14,8 / 10,2 5,8 [1] Verdampfungstemperatur [2] Kondensationstemperatur [3] isentroper Wirkungsgrad des Kältemittelverdichters [4] Leistungszahl (Coefficient of Performance) [5] konventioneller Kältesatz zur Eisspeicherung [6] Anlage entsprechend Darstellung in Abbildung 1 [7] konventioneller Kaltwassersatz [8] Anlage entsprechend Abbildung 1, die in Nachtstunden mit geringeren Kondensationstemperaturen betrieben wird. Das Verfahren der Eiserzeugung durch direkte Verdampfung von Wasser als Kältemittel erreicht Leistungszahlen in der Größenordnung der normalen Kaltwassererzeugung

14 Planungsvoraussetzungen für Kältespeicherung Eignung für Speicher gut durchschnittlich nicht geeignet Lastgang Kälteleistung 100% Kälteleistung 100% Kälteleistung 100% Tagesstunden 24 Tagesstunden 24 Tagesstunden 24 Große Spitzenlast kann mit kleiner Kältemaschine gedeckt werden. Einsparung von Maschinengröße Investitionskosten und elektrischer Leistung Anwendung: Produktion, Schockkühlung, Fischkühlung, Flugzeug am Gate.. Speicherbeladung während der Nachtstunden. Spitzenlastsenkung Elektrischer Anschlusswert reduziert Bürogebäude Kommunikationseinrichtung, Callcenter (Innere Lasten größer als äußere Lasten)

15 Vakuumeiserzeuger mit Direktverdampfer und Eisspeicher Thermodynamische Parameter der Anlage Verdampfungstemperatur: 0 C Verdampfungsdruck: Verdampferleistung: max. Speicherkapazität: max. Speicherkälteleistung: 600 Pa 50 kw 350 kwh 300 kw Technische Parameter der Anlage Verdichterantriebsleistung: Dampfvolumenstrom: 5 kw 4.7 m³/s Netto Speichervolumen: 6.6 m³ Eiskonzentration: 50 %

16 Schema einer Versuchsanlage im ILK Dresden

17 Vakuumeiserzeuger mit Speicher, Prototyp 300kWh

18 Versuchsanlage Vakuumeiserzeuger und Eisspeicher im ILK Dresden Thermodynamische Parameter der Anlage Verdampfungstemperatur: Verdampfungsdruck: Verdampferleistung: Verdichterantriebsleistung: Verdichtervolumenstrom: -2 0 C 600 Pa 50 kw 5 kw 4.7 m³/s max. Speicherentladeleistung: 300 kw max. Speicherkapazität: 350 kwh bei Eiskonzentration: 50 % Speichervolumen: 6.6 m³

19 Vorteile von Vakuumeisspeichern Installierte Kälteleistung geringer Teillastanteil der Kälteanlage sinkt Kälteerzeugung kann in Stunden mit geringer Außentemperatur verlegt werden Teilentladung und Teilbeladung möglich (konventionelle Eisspeicher müssen immer vollständig entladen werden) Kann mit hoher Leistung entladen werden Bei ansteigendem Spitzenbedarf kann in bestehender Anlage auf weiter Kältemaschine zu Gunsten einer Vakuumeisspeichereinheit verzichtet werden

20 Ende der Präsentation Institut für Luft- und Kältetechnik Gemeinnützige Gesellschaft mbh Bertolt-Brecht-Allee Dresden Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh Dr. Peter Albring Tel.: / Fax: / www:

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