novelsorp ENTWICKLUNG EINES INNOVATIVEN SORPTIONSSPEICHERSYSTEMS SPINTEC

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1 novelsorp ENTWICKLUNG EINES INNOVATIVEN SORPTIONSSPEICHERSYSTEMS SPINTEC

2 Projektübersicht novelsorp Konsortium: 4ward Energy Research GmbH (Konsortialführung) Montanuniversität Leoben Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Spintec GmbH Paltentaler Minerals GmbH & Co KG Technisches Büro Ing. Hammer GmbH Pink GmbH Kaltenegger und Partner Architekten ZT GMBH Energie Service GmbH Kulmer Holz-Leimbau GesmbH KWB Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH CAP Engineering GmbH Förderprogramm: e!mission.at Energy Mission Austria, 1. Ausschreibung Projektlaufzeit: 48 Monate

3 Rahmenbedingungen Steigender Bedarf für thermische Energiespeicherung Erhöhung der Nutzung Erneuerbarer Energieträger Speichertechnologien: unterschiedl. Charakteristika Entwicklungsstand Sensible PCM Sorption TCM energy density [kwh/m³] low high development stage high low IEA Technology Roadmaps (Solar Heating and Cooling, etc.) Austrian Masterplan Thermal Energy Storage, etc. Sorptionsspeicher-Technologien als ein wesentlicher F&E Fokus

4 Stand der Technik TCS / Sorptionsspeicher F&E-Aktivitäten: IEA Task 32 IEA SHC/ECES Task 42/24 EU FP7 Projekte (e.g. COMTES) etc. Abb.: MODESTORE and further COMTES approach for component development (AEE Intec): Closed Sorption Storage concept in EU project COMTES based on MODESTORE technology Quelle: W. van Helden: Compact Thermal Storage R&D in IEA T4224 and EU COMTES project; IEA ECES Annex proposal workshop; Paris, France, September 2012

5 Stand der Technik / F&E Moulded body built of synthetic zeolite powder; Project MonoSorp at ITW, University of Stuttgart Component development at Netherlands Organisation for Applied Scientific Research TNO Zeolite beads glued to heat exchanger Component development at ITW, University of Stuttgart - Cross-flow air heat exchanger for falling grains of composite material Picture Source: W. van Helden: Compact Thermal Storage R&D in IEA T4224 and EU COMTES project; IEA ECES Annex proposal workshop; Paris, France, September 2012 Component development at Energy Research Centre of the Netherlands, ECN - Reactor for composite material charge and discharge

6 Stand der Technik / F&E MODESTORE / COMTES approach for component development (AEE Intec): Closed Sorption Storage concept in EU project COMTES based on MODESTORE technology Demonstration of mobile storage tanks at ZAE Bavaria (Source: A. Hauer & R. Glaeser: Thermochemische Sorptionsspeicher: Potential und Grenzen neuer Materialien und Prozesse ) Component Development at EMPA, Switzerland: Two-stage reactor for liquid (NaOH) sorption material Picture Source: W. van Helden: Compact Thermal Storage R&D in IEA T4224 and EU COMTES project; IEA ECES Annex proposal workshop Paris, France, September 2012 Component Development at University of Lleida, Spain: Shell and tube heat exchanger, medium temp.

7 F&E Herausforderungen Sorptions-Wärmespeicher. Geeignete Technologie zur thermischen Energiespeicherung mit hohem Potenzial Weitgehend im Laborentwicklungsstadium, Performance in der experimentellen Umsetzung bislang unter den Erwartungen Sorptionsmaterialien: bislang ungenügende Zyklenstabilität und häufig hohe spezifische Materialkosten Systemkomponenten: Verbesserungspotenziale vor allem hinsichtlich Wärmeleitung und Massetransport Systemintegration in potenziellen Anwendungsfeldern: Nachweis der Einsatzfähigkeit in Feldtests Geeignete Systemlösungen insbesondere für Gebäudeintegration fehlen bislang

8 Projekt novelsorp Zielsetzung: Entwicklung eines innovativen Sorptions- Wärmespeichersystems mit 1. neuen Speichermaterialien / Kompositen 2. neuem Komponentendesign 3. neuen Systemintegrationskonzepten für Gebäude und Wärmenetze

9 Materialentwicklung Neue Materialien + Neue Komponenten + Neues Systemdesign high-performance, low-costs: kostengünstige Materialien (natürliche Zeolithe, Salze) Entwicklung einer neuen Verkapselung (Kompositmaterial) mit neuentwickeltem Herstellungsverfahren optimierte thermochemische Eigenschaften Verbesserte Wasseraufnahme (50 %) Kostenreduktion um den Faktor 10 verglichen mit synthetischen Zeolithen + Höhere Effizienz + Niedrigere Systemkosten + Günstige Life-Cycle Performance

10 Materialentwicklung Oberflächen- und salzbehandelter Zeolith von Projektpartner Paltentaler Minerals GmbH & Co KG im Querschnitt, ca fache Vergrößerung

11 Water loading uptake [wt%] Materialentwicklung 0,6 0,5 impragnated zeolite untreated zeolite 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Source: Fraunhofer ISE relative pressure / p/p0 Characteristic curves of PMT-07 compared to three different sorption materials, Grace Silica Gel 127 B, SAPO-34 and Zeolite 4 ABF (supplied by CWK) in a possible working window for adsorption heat storage with adsorption at 35 C/1.2 kpa and desorption at 150 C/5.6 kpa Adsorption isothermas at 25 C

12 Komponentenentwicklung Neue Materialien + Neue Komponenten + Neues Systemdesign High-performance Kern-Komponenten mittels neuem Design- und Engineering-Konzept Kompaktes, leichtes Design Einfache / kostengünstige Größenskalierbarkeit Systemansatz Wärmetauscherentwicklung Quelle: Spintec GmbH

13 Modellbildung Quelle: CAP Engineering

14 Systemintegration Neue Materialien + Neue Komponenten + Neues Systemdesign Multifunktionale Fassade (Gebäudeintegration) Überschusswärme / Solarwärme-Integration in Wärmenetzen novelsorp Gebäude Wärme und Kälte Kurz- / Langzeitspeicherung Insbesondere für Renovierung (z.b. mittels vorgefertigten Fassadenelementen) Erhöhung der Nutzung von Solarenergie Dezentrlae Speicherung mit geringen Speicherverlusten

15 Projektstatus WP 1 WP 2 WP 3 Project management Analysis of the technology related frame work conditions and requirements Development of technical concept & design WP 4 Development of new core components WP 5 WP 6 WP 7 WP 8 Development of new materials / composites Development of a laboratory scale long-term storage device for grid/building app. Development of a short-term laboratory scale storage device for façade integration System testing and validation at demonstration sites WP 9 WP 10 Monitoring & final evaluation Knowledge management, dissemination & IPR protection

16 Ausblick Material- und Komponentenentwicklung (Simulation, Labor) laufend Experimentelle Entwicklung: 2 Versuchsaufbauten (Kurz- und Langzeitspeicher) Demonstration und Systemverifikation: 2 Testbed- Anwendungen (Gebäude, Wärmenetz) Know-how und Referenzen hinsichtlich Markteinführung

17 Zusammenfassung 3 gute Gründe für das F&E-Projekt Entwicklung eines neuartigen Sorptionswärmespeichersystems mit Schwerpunkt auf hochfunktionellen und gleichzeitig kostengünstigen Sorptionsmaterialien sowie auf innovativen Systemkomponenten Nachweis der Einsatzfähigkeit im Labor und Demonstration in zwei Feldanwendungen Ausbau des österreichisches Technologie-Know-hows durch einen Innovationssprung in der Wärmespeicheranwendung

18 KONTAKT DI Dr. Matthias Theissing (Projektleiter) / DI(FH) DI Martina Zisler 4ward Energy Research GmbH Reininghausstraße 13A, A-8020 Graz novelsorp@4wardenergy.at Tel.: Web: Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms e!mission.at Energy Mission Austria durchgeführt.