Kompakte thermische Speicher

Transkript

1 Kompakte thermische Speicher Ergebnisse und aktuelles Arbeitsprogramm der IEA SHC Arbeitsgruppe Wim van Helden AEE Institut für nachhaltige Technologien Gleisdorf, Feldgasse 19, Österreich

2 Wärme: größten Teil des Energiebedarfs EU Primärenergieverbrauch 2008 Transport 31% Wärme 49% Elektrizität 20%

3 Thermische Speicher: Schlüsseltechnologie

4 Saisonale Wärmespeicher Sommerwärme verschieben auf den Winter Volumen (m 3 ) notwendig für ein sehr energieeffizientes Haus sensible latent chemical

5 Intelligente Netze Anteil erneuerbare elektrische Quellen steigt Mehr Schwankungen Wärmespeicher vergrößern Flexibilität: Mit Wärmepumpen, mit (mikro)kwk Durch höherer Anteil erneuerbare Wärme Niedriger Kosten als E-speicher

6 Forschung und Entwicklung International Zwei Programme des International Energy Agency (IEA): Energy Conservation through Energy Storage Solar Heating and Cooling

7 Kompakte thermische Energiespeicher: Material Entwicklung für System Integration Task/Annex 42/24 Januar 2009 Dezember 2012 Nachfolge: Task/Annex 42/29 Januar 2013 Dezember 2015 Bessere Speichermaterialien Systementwicklung Wichtigster Mehrzweck: Zusammenbringen von Experten in Anwendungen und Materialien

8 Applications and System Integration Economical Evaluation Struktur der Task42/Annex29 Material Engineering and Processing Test and Characterization Numerical Modelling

9 Entwicklungsgebiete

10 Ergebnisse aus dem Task/Annex Mehr als 100 Experte von über 40 Institute aus 17 Länder Eine Vielzahl an Studien, Reporte, Vorträge und Veröffentlichungen Neue oder bessere Materialien Einheitliche und neue Meßmethoden Verbesserte Komponente und Testverfahren Komplette Speichersysteme, im Labor und im Feld Wie zum Beispiel...

11 Materialentwicklung: Verbesserung von Zeolithe Ersetzen des passiven Bindermaterials durch einen aktiven Binder TU Wildau und Chemiewerke Bad Köstriz (DE) Mikroskopische Aufnahmen zeigen ein Detail der Oberfläche von molukular Sieb Körnchen (Durchmesser mm) von 13XBF (links) und 4ABF. Beide zeigen eine allgemeine Zeolith-Morphologie, ohne Bindermaterial.

12 Materialentwicklung: Verbesserung von AlPo s Fraunhofer ISE und Karlsruhe University, Deutschland Neue Materialien in der Klasse von AluminoPhosphaten (AlPo) Ein verringerter Aluminium Gehalt erzeugt eine verbesserte Wärmeaufnahme Entwicklung von numerische Modellen zur Bestimmung von Materialkennzahlen

13 Materialforschung Identifizierung von vielversprechende Materialien Entwicklung neuer Materialien AlPO, SAPO, MOF zeolite composites

14 Ads. mass (g/g) Material Entwicklung: Komposite NIC, National Institute of Chemistry, Slovenia Neues Kompositmaterial erzeugt und getestet CaCl in ein mesoporös geordnetes Matrix durch naß impregnieren Wasser aufname verbessert 1,0 0,8 0,6 40 o C matrix composite 0,4 0,2 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Relative pressure (P/Po)

15 Salzhydrat Materialoptimierung Entwicklung von Kompositmaterialien Optimierung der Materialeigenschaften Multi-scale numerische Modellierung Entwicklung von Charakterisierungsmethoden 1 mm 1 mm 1 mm

16 Komponent Entwicklung ZAE Bayern, Deutschland Mobiler Wärmespeicher mit Festbett Sorptionsmaterial. Abwärme insbesondere für Trocknungsprozesse.

17 Komponententwicklung Energy research Centre of the Netherlands, ECN Reaktor für Kompositmaterialien; Laden und Entladen (15 Liter)

18 Komponententwicklung Wärmetrommel ASIC, Wels, Österreich FlowTCS: Optimierung von Materialnützung (Zeolith) in eine Wärmetrommel

19 Komponententwicklung Wärmetrommel (2)

20 Komponententwicklung TNO, Niederlande Reaktor für Adsorption, 20 Liter Zeolith Perle auf ein Wärmetauscher geklebt

21 Vergleich von Speicherdichten Speicher Dichte [kwh/m 3 ] COMTES Linie A (Zeolith System) Wasserspeicher (800 L) Material, S phys Modul, S eff S eff, bessere Packung Inkl. Raum für Wartung, S act Auf Systemebene kann ein Sorptionsspeicher zweimal besser sein als ein Wasserspeicher

22 Unterkühlter latenter saisonal Wärmespeicher Unterkühlungseffekt von PCM (Natrium Acetat)

23 Unterkühlter latenter saisonal Wärmespeicher (2) Experimentelles System entworfen, gebaut und getestet Supercooled NaAcetate system COMTES, DTU/Nilan/TU Graz/Kingspan, DK

24 Saisonaler Wärmespeicher auf Basis von Feststoffsorption Zwei Behälter jeweils mit 1 m 3 Zeolith Wärmebedarf von Einfamilienhaus wurde numerisch simuliert mit aktuelle Wetterdaten und gleiche Reglung wie im Experiment (hardware in the loop) Zeolite system COMTES, AEE INTEC/ITW/TH Wildau/Vaillant, AT

25 Saisonaler Wärmespeicher auf Basis von Feststoffsorption (2) Optimierung des internen Wärmetauschers System wurde über 3 Wintermonate getestet

26 Flüssigsorption für saisonalen thermischen Speicher LiBr oder NaOH Lösungen Kapazität (Speichervolumen) und Leistung (Reaktor) sind entkoppelt LiBr System PROSSIS2, University of Haute Savoie, FR

27 Flüssigsorption für saisonalen thermischen Speicher (2) NaOH System COMTES, EMPA/SPF/Kingspan Dübendorf, CH

28 Saisonaler thermischer Speicher auf Basis offener Feststoffsorption Externen Reaktor, transport von Zeolith oder Komposit Körner Kapazität und Leistung entkoppelt FlowTCS System ITW, University of Stuttgart, DE

29 Offene Feststoffsorption für peak Wärmeleistung Zeolith Festbett mit Luftdurchströmung TESS System im STAID Projekt, CETHIL, Universität von Lyon, FR

30 Komponent Entwicklung Reaktor Entwurf und Optimierung Leistung, Speicherdichte, Stabilität Verschiedene Prototypen offen, geschlossen separat, integriert

31 Komponent Entwicklung Reaktor Entwurf und Optimierung Leistung, Speicherdichte, Stabilität Verschiedene Prototypen offen, geschlossen separat, integriert

32 Die Arbeit geht weiter! Weitere Bedürfnisse an Materialien mit verbesserter Speicherwirkung Testverfahren und Charakterisierungsmethoden Entwicklung von Komponente Vorbereitungen für ein Nachfolge Task/Annex

33 Neuer IEA SHC/ECES Task/Annex bezüglich Kompakte Wärmespeicher Material and Component Development for Thermal Energy Storage Task xx / Annex yy Task Definition Meeting in Graz, 6-8 April 2016 Entwurf Task Work Plan Besprochen durch SHC un ECES Executive Committees Grünes Licht für weitere Vorbereitungen 2es Task Definition Meeting: Wien, September 2016 November: Entscheidung durch ExCos Start: 1. Januar 2017, 3 Jahre Laufzeit

34 Entwurfstruktur der Subtasks PCM Subtask 1: Development of Improved TES Materials Subtask 1P Subtask 1T Stefan Gschwander (ISE, DE) Subtask 2: Material Testing under Application Conditions Subtask 2P Subtask 2T Christoph Rathgeber (ZAE, DE) TCM Alenka Ristic (NIC, SI) Subtask 3: Component Design for Innovative Materials Subtask 3P Subtask 3T Ana Lázaro (Uni Zaragoza, ES) Daniel Lager (AIT, AT) Benjamin Fumey (EMPA, CH) Subtask 4: Energy Relevant Applications for an Application-oriented Development of Improved Storage Materials Andreas Hauer (ZAE,DE) and Wim van Helden (AEE INTEC, AT)

35 Österreichische Beteiligung am Txx 4 F&E Einrichtungen ASiC AIT IWT, TU Graz AEE INTEC T42 Arbeiten und Txx Vorbereitungen werden unterstützt vom BMVIT

36 Ausblick Die nächsten drei Jahre bringen: Bessere Speichermaterialien Verbesserte Komponenten Erste Systemdemonstrationen Machen Sie mit im Txx/Ayy Operating Agents: Andreas Hauer, ZAE Bayern, DE Wim van Helden, AEE INTEC, AT