Innovative Wärmespeicher

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1 BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E.V. Innovative Wärmespeicher Dr. Andreas Hauer ZAE Bayern Walther-Meißner-Str.6, Garching

2 Inhalt Thermische Energiespeicher - Technologien sensibel / latent / thermochemisch Thermische Energiespeicher - Anwendungen Kühlen / Heizen / Prozesswärme Zusammenfassung 2

3 Eigenschaften eines Energiespeichersystems Speicherkapaziät (kwh/kg, kwh/m³) Phys. / chem. Effekt, Speichermaterial, Randbedingungen Lade-/Entladeleistung (W/kg, W/m³) Stoff- und Wärmeübergang, Speicherkonstruktion Speicherwirkungsgrad Verlustmechanismen (Speicherdauer, Umwandlung) Speicherdauer (Zeit) Von Stunden bis zu einem Jahr Kosten ( /kwh, /W) Investitionen, Zahl der Speicherzyklen Konkurrierende Technik Wärme und Kälte aus fossilen Energieträgern

4 Thermische Energiespeicher Technologien

5 Thermische Energiespeicher Methoden der thermischen Energiespeicherung: Speicherung fühlbarer Wärme Speicherung latenter Wärme Thermochemische Wärmespeicherung

6 Energiedichte / (kwh/m³) Thermische Energiespeicher 600 Speicherkapazität vs. Temperatur MgSO 4 * 6H 2 O MgCl 2 * 6H 2 O 300 NiCl 2 NH CaCl 2 *NH 3 Silicagel*H 2 O Zeolith*H 2 O Nitrate 100 Salzhydrate Paraffine 0 Wasser Temperatur / C

7 Sensible Speicher Material: Wasser, Steine, Beton, Keramik, Stärken: Niedrige Kosten, robuste Technologie Schwächen: Niedrige spezifische Speicherkapazität Möglichkeiten: Hohe Entladeleistung (flüssig), hohe Speichertemperatur (fest) Herausforderungen: Thermo-mechanische Stabilität

8 Gespeicherte Wärme Sensible / Latente Speicher T Q PCM Q Wasser Schmelztemperatur T m Temperatur

9 Latente Speicher Material: Wasser, Paraffin, Salzhydrate, Zuckeralkohole, Stärken: Hohe spezifische Speicherkapazität, fest gelegte Temperatur Schwächen: Komplexer Wärmeübergang, hohe Kosten, fest gelegte Temperatur Möglichkeiten: Hohe spezifische Speicherkapazität bei kleinen Temperaturunterschieden, passive Temperaturekontrolle Herausforderungen: niedrige Entladeleistung, Langzeitstabilität

10 Thermochemische Speicher AB + Wärme A+B ECN

11 Thermochemische Speicher Material: Zeolith/Wasser, Silicagel/Wasser, Magnesiumchlorid/Wasser, Magnesiumoxid /Wasser, Lithiumchloride/Wasser, Stärken : Hohe spezifische Speicherkapazität, keine sensiblen Verluste Schwächen : Komplexe Technologie (Prozessparameter, Reaktordesign, ) Möglichkeiten : Einstellbare Temperatur, hoher Wirkungsgrad ( Wärmepumpeneffekt ) Herausforderungen: Starke Abhängigkeit von Umbegungsbedingungen, hydrothermale Stabilität

12 Thermische Energiespeicher Anwendungen

13 Kühlen Air Conditioning, Raumkühlung Randbedingungen: Niedrige Temperaturen: 0 C 26 C Kleine Temperaturdifferenzen (ΔT) Hohe Leistungsanforderungen Beschränkte Zyklenzahl (außer in heißem und feuchtem Klima) Entfeuchtung (!)

14 Kühlen Geeignete thermische Energiespeichertechnologie: Latentwärmespeicher und flüssige (oder feste) Sorptionsspeicher Passive Cooling Phase Change Slurries Offene Desiccant -Systeme

15 Heizen Raumheizung und Warmwasserbereitstellung Randbedingungen: Mittlere Temperaturen: 25 C 60 C Hohe Speicherkapazität Niedrige Leistungsanforderung (Heizen) / Hohe Leistungsanforderung (Warmwasser) Kurzzeitspeicher/ Saisonale Speicherung

16 Heizen Referenzsystem: Warmwassertank! Geeignete thermische Energiespeichertechnologie: Latentwärmespeicher, Adsorptionsprozesse und chemische Reaktionen Warmwasserspeicher Unterkühltes PCM Chemische Reaktion: Magnesium-Chlorid

17 Prozesswärme Industrielle Anwendungen (z.b. Lebensmittelindustrie) Randbedingungen: Hohe Temperaturen > 150 C Hohe Speicherkapazität Hohe Leistungsanforderungen Hohe Zyklenzahlen

18 Prozesswärme Geeignete thermische Energiespeichertechnologie: Latentwärmespeicher, Adsorptionsprozesse und chemische Reaktionen Hochtemperatur-PCM Offener Adsorptionsspeicher für Trocknungsanwendungen

19 Zusammenfassung

20 Zusammenfassung Thermische Energiespeicher können zur Effizienzsteigerung beitragen Energiespeichersysteme müssen auf ihre tatsächliche Anwendung hin optimiert sein Wärmespeicher müssen im Gesamtsystem betrachtet werden, um ihre technische und ökonomische Leistungsfähigkeit beurteilen zu können

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

22

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