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Transkript

1 Bernhard Zettl Offene Sorptionsspeicher für Langzeit- Wärmespeicher Science Brunch, , Wien

2 Speicherbedarf für Wärme Speicherbedarf für WW (6EJ/a) und Raumwärme (2EJ/a) für das Erreichen der Klimaziele in der EU (85% CO 2 -Reduktion) Quelle: IEA Institut (2013) Sonnenhaus Technology roadmap: e.v. solar heating and cooling 2050 SEITE 2

3 Projekt OFFSORE Energieforschung: Offene Sorptionstechnik für Langzeit-Wärmespeicher FFG Nummer: Mastertextformat bearbeiten Laufzeit: (30 Monate) Projekt-Ziele Antragsteller: FH-OÖ F&E GesmbH - Forschungsgruppe ASiC /Wels Partner: Technologieentwicklung für thermochemische Speicher im Gebäude AIT- Austrian Institut of Technology /Wien Aufbau eines Funktionsprototyp für granulares Schüttbett ITW- Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik /Universität Stuttgart Materialcharakterisierung und Reaktormodellierung Firmen: Messungen und Simulation der Energiebereitstellung aus der ECOTHERM Austria GesmbH /Hartkirchen Umgebung (Wasserdampf) und vom Kollektor (Wärme) HAITHERM-Industrieofenbau /Walding IFK-Schüttguttechnik /Haibach o.d.donau Solar-LAUS- Solartechnik /Linz SEITE 3

4 Inhalt Funktionsprinzip der thermochemischen Speicher Reaktionstechnik: Winter-/Sommerbetrieb Ausblick: Materialentwicklung und Modellierung SEITE 4

5 Zeolith Zeolithe sind mineralische Molekularsiebe mit kristalliner Mastertitelformat Struktur und definiertem bearbeiten Porendurchmesser aufgebaut aus Al/Si-O-Tetraedern Typ A Typ X SEITE 5

6 Zeolith-Adsorptionsgleichgewicht Adsorptionsisothermen von Zeolith 4A und Wasser, Quelle: Hersteller-CWK SEITE 6

7 Geschlossene und Offene Systeme Geschlossenes System Wärmequelle und Senke Wärme T1 T4 Zeolith + Wasser (adsorbiert) Wärme + Wasser (gasf.) Wasser (kondensiert) Wärme T2 T3 Umgebung Desorption Adsorption Offenes System Wärmequelle und Senke Wärme T1 T4 Zeolith + Wasser (adsorbiert) Wärme + Wasser (gasf.) T2 T3 Umgebung SEITE 7

8 Freisetzung von Adsorptionswärme (Winter) Mastertitelformat bearbeiten Einblasen von feuchter kühler Luft bewirkt die Freisetzung von Adsorptionswärme Leistung kann über den Volumenstrom gesteuert werden Temperatur über die Eintrittsfeuchte (Enthalpie) Erwärmung Konstant - Phase Abkühlung T= T aus -T ein 70kg Zeolith 4A (Startfeuchte ca. 2% H 2 O), Luftstrom 140 m³/h, x ein =16 g/kg SEITE 8

9 Wärmetrommel für Adsorption Materialumschichtung durch drehenden Außenzylinder (zur Vermeidung von lokaler Überfeuchtung und Verklebung) Luftstrom durch Innenzylinder und Zwischenraum mit Wärmetauscher im Doppelmantel Volumen ca. 150 Liter, D=60cm, L=100cm, n=1 U/min SEITE 9

10 Zeolith- Desorption (Sommer) Isosteren von Zeolith 4A und Wasser, Quelle: Hersteller-CWK Um das Material zu desorbieren kann prinzipiell der Dampfdruck (und Taupunkt) erniedrigt oder Temperatur erhöht werden. Typisch für Sommerbetrieb T DP = 15 C, T DES = C SEITE 10

11 Desorptions-Ofen Dächertrockner mit 4 Temperaturzonen ( C) Je zwei Reihen Luft-Ein- /Ausgangskanäle Kontinuierlicher Prozess mit einstellbarem Materialfluss Mastertextformat 2 20kg/hbearbeiten Rohrbündel-WT zur Abkühlung und Vorwärmung Interne Elektrische Heizung für Versuchszwecke Schnitt-Seite Schnitt-Front SEITE 11

12 Reaktor- und Fördertechnik Komponenten: Desorptionsofen Wärmetrommel, Becher-Förderwerk Container (2x1m³) Luftkollektor SEITE 12

13 OFFSORE- Röhrenkollektor Sommerbetrieb für Desorptions- Wärmequelle ( C) Winterbetrieb für Verdunster und Luftvorwärmung SEITE 13

14 Winter Betrieb zur Luftvorwärmung Einstrahlung W/m² Umgebungstemperatur C Kollektortemperatur 10-20K über Umgebung Ziel: Befeuchtung im Winter von 4 auf 10g/kg Wassergehalt der Luft SEITE 14

15 Sorptionsmaterial mit Salzhydrat V: Einlagerung von Wassermolekülen im Salzkristall (Kristallwasser) V: Setzt mehr Adsorptionswärme frei (2-3x mehr ggü Zeolith) N: Führt Mastertextformat zu Quellen bearbeiten und Schwinden des Kristalles N: Kann > Zweite zum Ebene Schmelzen des Salzhydrat führen N: Kann zu Freisetzung von HCl führen SEITE 15

16 Granulierung und Materialtests Adsorption, Festigkeit und Abrieb W. Somitsch, 2016 SEITE 16

17 Weitere Messungen und Modellierung in OFFSORE Ziel: Thermische Mastertextformat Modellierung bearbeiten und Simulation der freigesetzten Adsorptionswärme auf Datenbasis > Zweite von Ebene Standardmessungen (DSC) Schritte: 1. Material-Charakterisierung der Granulate im DSC (Gleichgewichte und Kinetik) 2. Modellreaktor (Festbett und Bewegtbett) 3. Numerische Simulation des Schüttbett (Porenstruktur mit Quellthermen) 4. Vergleich mit den Reaktormessungen der Wärmetrommel SEITE 17

18 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Förderung und Finanzierung der Projekte durch FFG, Klima- und Energiefond und FH-OÖ OFFSOR- Offene Sorptionsspeicher für Gebäudeanwendungen Dual Desorption- Heißluft und Mikrowellen-Desorption FlowTCS- Wärmetrommel für die Adsorption Tes4seT- Thermal energy storage for sustainable energy technology SEITE 18