Wärmetransport mit Lastkraftwagen

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1 Wärmetransport mit Lastkraftwagen Andreas Hauer Andreas Krönauer Eberhard Lävemann Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V. Alle Rechte vorbehalten, auch bezüglich jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung und Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtanmeldungen. Wärmetransport mit Lastkraftwagen oder Mobiler Sorptionswärmespeicher Andreas Hauer Andreas Krönauer Eberhard Lävemann Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V. Alle Rechte vorbehalten, auch bezüglich jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung und Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtanmeldungen. 1

2 Übersicht :: Wozu mobile Wärmespeicher? :: Wie funktioniert der mobile Speicher? - Der Adsorptionsprozess :: Konstruktion und Aufbau der Anlage :: Was passiert im Speicher? Theorie und Praxis. :: Lohnt sich das überhaupt? - Ökonomische Betrachtungen :: Alternative Nutzung Blattgold 3 Übersicht :: Wozu mobile Wärmespeicher? 4 2

3 Warum ein mobiler Sorptionsspeicher? Andere Zeit und anderer Ort! Flexibler Energietransport wo stationäre Systeme zu teuer Hohe Speicherkapazität und thermische Leistung durch Adsorption ZAE Bayern 5 Warum ein mobiler Sorptionsspeicher? Netto-Einsparung von CO 2 -Emissionen pro Transport von ca 3 MWh Wärme: ca. 0,68 t verglichen mit Heizöl, ca. 0,44 t verglichen mit Gas 6 3

4 Übersicht :: Wie funktioniert der mobile Speicher? (Der Adsorptionsprozess) 7 Mobiler Wärmespeicher auf Sorptionsbasis Der Adsorptionsprozess Charakterisiert durch: Arbeitsmittel: Wasserdampf / Zeolith Zeolithpellets in Festbettschüttung Offenes System, Betrieb bei Umgebungsdruck Luft als Trägergas für Wärme- und Stofftransport Laden Entladen Luft + Wasserdampf Kondensationswärme Luft + Wasserdampf Verdampfungswärme Zeolith Luft Desorptionswärme Luft Adsorptionswärme 4

5 Sorptionsprozess Laden Abwärme (Dampf) Umgebung 150 C 30 C Zeolith C / % rel. Feuchte ZAE Bayern 9 Sorptionsprozess Entladen auxiliary heating feed AMB IN dryer OUT ADS zeolite Austrittsluft aus Zeolithcontainer 185 C / sehr niedrige Feuchte Eintrittsluft in Zeolithcontainer 58 C / 64% rel. Feuchte 5

6 Sorptionsprozess Laden Abwärme (Dampf) Umgebung 150 C 30 C Zeolith C / % rel. Feuchte Entladen auxiliary heating feed AMB IN dryer OUT ADS zeolite Austrittsluft aus Zeolithcontainer 185 C / sehr niedrige Feuchte ZAE Bayern Eintrittsluft in Zeolithcontainer 58 C / 64% rel. Feuchte 11 Einfluss der Ladetemperatur beim Laden Der Adsorptionsprozess / Einfluss der Ladetemperatur Mittlere Ladeleistung 780 kw 480 kw 270 kw Ladetemperaturen Simulierte Daten für idealisiertes Schüttbett! kg/h, Eintritt: T variiert, Taup. = 10 C Zeolith Typ 13X Hohe Ladetemperatur: Kurze Ladezeiten Günstige Leistungsaufnahme Niedrige Ladetemperatur: Lange Ladezeiten Ungünstige Leistungsaufnahme 6

7 Einfluss der Ladetemperatur beim Entladen Der Adsorptionsprozess / Einfluss der Ladetemperatur 3,7 MWh, 370 kw 3,0 MWh 300 kw 2,4 MWh 240 kw Simulierte Daten für idealisiertes Schüttbett! Luftstrom kg/h Eintritt T = 55 C; Taup. = 35 C Zeolith Typ 13X Hohe Ladetemperatur: Hohe Entladetemperatur Hoher Energieinhalt Niedrige Ladetemperatur: Niedrige Entladetemperatur Niedriger Energieinhalt Übersicht :: Konstruktion und Aufbau der Anlage 14 7

8 Wann muss ein Ladevorgang beendet werden? Von der Idee. Erste Idee 2006 Ausführung 2012 Konstruktion 2008 Mobiler Wärmespeicher Aufbau Sorptionspeicher Hauptabmessungen und Gewicht Länge: Breite: Höhe: mm mm mm (3.990 mm auf Trailer) Gewicht entladen: kg Gesamtgewicht Sattelzug ca kg Transport mittels Wechselbrücke 8

9 Mobiler Wärmespeicher Befüllen Sorptionspeicher Hauptabmessungen und Gewicht Einbau Thermoelemente 18 9

10 Aufbau Ladestation im Bau Aufbau Entladestation im Bau 10

11 An der Ladestation im Bau MobS Entladestation unterwegs im Bau 11

12 An der Entladestation im Bau Mobiler Wärmespeicher Feierliche Hauptabmessungen und Gewicht Inbetriebnahme 12

13 Übersicht :: Was passiert im Speicher? Theorie und Praxis. 25 Wie gut funktioniert der Speicher? Was heißt gut? Kriterien: :: Umgesetzte Energie pro Zyklus :: Mittlere Leistung beim Laden und Entladen :: Hilfsenergiebedarf :: Alterung des Speichermaterials ::

14 Wie gut funktioniert der Speicher? Vergleichsfälle: :: Idealer Speicher :: Idealer Sorptionspeicher / Simulation mit Gleichgewichtswerten :: Gemessene Daten / Fehlverteilung / Maldistribution Ausgewählte Kenndaten: mittlere Leistung bzw. Zykluszeit 27 Idealer Speicher Was heißt das? :: Der ideale Speicher gibt seine gesamte gespeicherte Energie bei maximaler Temperatur und Leistung in kürzester Zeit ab. :: Der ideale Sorptionsspeicher weicht vom idealen Speicher ab. Er gibt seine gespeicherte Energie bei der mittleren Leistung ab. :: Ein Gütegrad für die Annäherung an den idealen Speicher ist η S = P mittel P max 28 14

15 Idealer Speicher / Idealer Sorptionspeicher Nachsimulation Leistungstest Speicher 2, P max = 248 kw P sim = 205 kw η S = 0, 8 29 Idealer Sorptionsspeicher / realer Sorptionspeicher P sim = 205 kw P exp = 125 kw η SiS = 0,

16 Strömungssimulation offenbart Fehlverteilungen der Luftströmung Simulation der Strömung im Festbett bei Adsorption, Seitenansicht. Die Strömung erfolgt von außen nach innen. Farbig dargestellt ist die Lufttemperatur. 31 Fehlverteilung / Maldistribution Fazit: :: Fehlverteilung / Maldistribution ist deutlich vorhanden :: Die mittlere Leistung kann noch gesteigert werden. :: Die Zyklenzeiten können noch verkürzt werden. :: Der realisierte Speicher erreicht zu 60 % den Gütegrad des idealen Sorptionsspeichers :: Eine Alterung kann mit den vorliegenden Daten nicht festgestellt werden

17 Übersicht :: Lohnt sich das überhaupt? (Ökonomische Betrachtungen) 33 Ökonomische Betrachtungen Wesentliche Einflussparameter: :: Investitionskosten :: Finanzierungsparameter, wie Zins und Abschreibungszeitraum :: Betriebskosten, (Personal, Strom, Diesel, etc.) :: Entfernung (km), Umschlagszeiten (min) :: Auslastung (Zyklen pro Jahr bzw. pro Tag) :: Speicherkapazität (MWh pro Transport) 34 17

18 Wärmegestehungskosten, Optimierung Szenario #1 Transportkosten 23% Umschlagszeit = 1,5 h Transportkosten = 45 /h Energieumsatz = 4,0 MWh 23% Kapitalkosten 62% Annuitätenfaktor = 9,6 % Energieumsatz = 1092 MWh/a Dampfkosten 10% Aus nicht erzeugtem Strom berechnet = 5 /MWh 10% Hilfsenergie & Verwaltung 5% 5% 73 /MWh 62% 154 /MWh Ökonomische Betrachtung, eine Beispielrechnung Ökonomische Betrachtungen Parameterstudie: (1,5 h) (240) (4,0 MWh) 18

19 Ökonomische Betrachtungen Eingehaltene Bedingungen: :: Entfernung < 10 km :: Auslastung ca. 1/Tag ganzjährig :: Energieumsatz > 3,5 MWh / Transport Fazit: :: Die Wärmegestehungskosten überschreiten momentan den Preis von Fernwärme um ca. 45% :: Abgaben für CO 2 -Emissionen werden voraussichtlich nicht ausreichen um den Unterschied zu kompensieren. 37 Übersicht :: Alternative Nutzung Blattgold 38 19

20 Alternative Nutzung: Blattgold Trocknung von Laub und Grünschnitt, Verwendung brikettiert als Heizmaterial 39 Alternative Nutzung: Blattgold Trocknung von Laub und Grünschnitt, Verwendung brikettiert als Heizmaterial 40 20

21 Das Tal des Todes der Energieforschungsförderung und ein möglicher Ausweg! 41 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! FKZ B Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V. Alle Rechte vorbehalten, auch bezüglich jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung und Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtanmeldungen. 21