Fraunhofer UMSICHT. Thermische Speicher. Institutsteil Sulzbach-Rosenberg Sommersymposium am 27. Juni Samir Binder. Fraunhofer UMSICHT

Transkript

1 Fraunhofer UMSICHT Institutsteil Sulzbach-Rosenberg Sommersymposium am 27. Juni 2013 Thermische Speicher Samir Binder

2 Wärmepotenziale in Deutschland Abwärmequellen im Temperaturbereich C Betrachtete Industriebereiche Lebensmittel Metallerzeugung Glas und Keramik Steine und Erden Ergebnisse Literaturrecherche Branche Bäckereien (Handwerk) Gießereien Glasindustrie Zem entherstellung Abwärmequelle Abluft Backöfen Abgas Kupolöfen Abluft Schmelzwannen Abluft Klinkerkühler Temperatur C C C C Folie 2

3 Wärmepotenziale in Deutschland Wärmesenken Einteilung Temperaturbereiche C Lebensmittel- und Textilindustrie, Niedertemperaturbereich der Metallindustrie, Gebäudebeheizung C Gummi-, Kunststoff-, Papier- und Holzindustrie, Niedertemperaturbereich der Chemieindustrie C Vorwärmprozesse, Wärmebehandlung, Prozessdampf, Stromerzeugung 1000 C und mehr Hochtemperaturbereiche der Chemieund Metallindustrie Folie 3

4 Einsatz von Speichern Systembetrachtung Erzeugung bei Bedarf Erzeuger Temperaturniveau einstellbar C Wärmebedarf Effizienzsteigerung Folie 4

5 Einsatz von Speichern Systembetrachtung Systemadaption Erzeugung bei Bedarf Abwärme aus Primärprozess Erzeuger Temperaturniveau einstellbar C Wärmebedarf Temperaturnivea u vorgegeben C Primärprozess Effizienzsteigerung Folie 5

6 Räumliche Entkopplung Zeitliche Entkopplung Einsatz von Speichern Systembetrachtung Systemadaption Angepasster Speicher Erzeugung bei Bedarf Abwärme aus Primärprozess Erzeuger Temperaturniveau einstellbar C Wärmebedarf Temperaturnivea u vorgegeben C Primärprozess Effizienzsteigerung Distributionsmechanismus Folie 6

7 Speicher im Überblick Strom und Wärme sensibel Thermische Energie latent thermochemisch Elektrische Energie elektrochemisch elektromagnetisch chemisch chemisch mechanisch Feststoff Paraffine Adsorption Heterogene Verdampfung Elektrolyse Sekundärbatterien SMES* (AA)-CAES** Flüssigkeit Salzehydrate Absorption C x H y Erzeugung Reversible Brennstoffzelle Pumpspeicher Hybrid Carbonate Doppelschicht- Kondensatoren Schwungrad Fettsäuren Folie 7

8 Speicher im Überblick Strom und Wärme sensibel Thermische Energie latent thermochemisch Elektrische Energie elektrochemisch elektromagnetisch chemisch chemisch mechanisch Feststoff Paraffine Adsorption Heterogene Verdampfung Elektrolyse Sekundärbatterien SMES* (AA)-CAES** Flüssigkeit Salzehydrate Absorption C x H y Erzeugung Reversible Brennstoffzelle Pumpspeicher Hybrid Carbonate Doppelschicht- Kondensatoren Schwungrad Fettsäuren Folie 8

9 Temperatur Grundlagen zur Latentwärmespeicherung Vergleich latenter mit sensibler Wärmespeicherung sensibel Wärme Folie 9

10 Temperatur Grundlagen zur Latentwärmespeicherung Vergleich latenter mit sensibler Wärmespeicherung latent Kristallisation sensibel Unterkühlung sensibel Wärme Folie 10

11 Grundlagen zur Latentwärmespeicherung Temperaturbereich von Latentspeichermaterialien Folie 11

12 Grundlagen zur Latentwärmespeicherung Prinzip der mobilen Latentwärmespeicherung Erzeugung Verbrauch Folie 12

13 Pilotbetrieb Standort von Wärmequelle und Wärmesenke Anforderung 200 m Source: google maps Standort der Biogasanlage oben rechts im Bild Standort Siedlung Transportroute: 5,6 km Luftlinie: 3,5 km Folie 13

14 Funktionsmuster des mobilen Latentwärmespeichers Versuchsaufbau im Technikum Versuchsparameter Volumen (600 * 600 * 400 mm³): 140 l Volumenstrom: 1-2 m³/h Vorlauftemperatur: C Abstand WÜT-Rohre: mm Verifizierung möglicher Optimierungsmaßnahmen für den mobilen Latentwärmespeicher Befüllung mit aufgeschmolzenem Natriumacetat-Trihydrat Roh Gemahlen Aufgeschmolzen Folie 14

15 Funktionsmuster des mobilen Latentwärmespeichers Versuche Kein einheitliches Aufschmelzverhalten des Phasenwechselmaterials Segregation bei Salzhydraten respektive Natriumacetat-Trihydrat Funktionsmuster während der Beladung Wärmebild des Funktionsmuster während der Beladung Folie 15

16 Mobiler Latentwärmespeicher Anlieferung und Inbetriebnahme des Pilotspeichers Kontrolleinheit Containerflug Folie 16

17 Pilotbetrieb Praxiseinsatz bei der Firma Zollfrank Eckdaten Dauer: 5 Monate Projektpartner : Fa. Zollfrank Beladestation: Biogasanlage in Obermichelbach Entladestation: Bürogebäude, Werkshalle, Hackschnitzeltrocknungsanlage sowie Nahwärmenetz eines Wohngebietes Folie 17

18 Pilotbetrieb Messtechnische Untersuchung Folie 18

19 Temperatur [ C] Pilotbetrieb Messtechnische Untersuchung ϑ-t-diagramm Teilspeicher 2 (KW ) Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Folie 19

20 Pilotbetrieb Energieflüsse im Sankey-Diagramm 132 % 31,3 % 132 % Konversion Konversion 89,1 % 24,7 % 59,4 % 23,1 % 1,1 % ~ 20% Energieeinsparung 49,5 % 50,5 % 38,6 % Referenzsystem ohne Speicher Wärmeverteilung Wärmeverteilung 49,5 % 50,5 % System mit Speicher 10 % Biogas Erdgas Elektrische Energie Verluste Nutzenergie (Prozesswärme und Heizwärme) Wärme Hilfsenergie Folie 20

21 Kunden- und Transportpotenziale Simulationstool zur Wirtschaftlichkeit mobiler Speicher Erzeugung Verbrauch Abwärme Latentwärmespeicher Bedarfsschwankungen Folie 21

22 Pilotbetrieb Sensitivitätsanalyse Folie 22

23 FRAUNHOFER UMSICHT Institutsteil Sulzbach-Rosenberg Thermische Speicher Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Fraunhofer UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheitsund Energietechnik UMSICHT Institutsteil Sulzbach-Rosenberg Samir Binder Telefon: Internet: Folie 23