Entwicklung und Testergebnisse eines saisonalen Speichers auf Salzhydratbasis

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1 Entwicklung und Testergebnisse eines saisonalen Speichers auf Salzhydratbasis Samuel Knabl, Rebekka Köll AEE - Institute for Sustainable Technologies (AEE INTEC) 8200 Gleisdorf, Feldgasse 19, AUSTRIA AEE INSTITUTE FOR AEE SUSTAINABLE INSTITUTE FOR TECHNOLOGIES SUSTAINABLE TECHNOLOGIES Thermische Speicher, Wien, 7. März 2019 CREATE das Projekt EU H2020 Projekt Call: EeB Integrated solutions of thermal energy storage for building applications Dauer: Budget: 5.9 M Koordinator: AEE INTEC Konsortium: 1

2 Anforderung & Entwicklungen Ziele, Anforderungen Entwicklung Kostengünstig Kompakt Material Geringe Verluste Leistungsstark Lange Lebensdauer Sicherer, verlässlicher Betrieb System Komponenten Konzept Langzeit-Wärmespeicher für Warmwasser und Heizung Solarthermie-Anlage zum Beladen der Speicher Wärmepumpe als Zusatzheizsystem 2

3 Technologiereifegrad MERITS und COMTES = TRL 4 ( Tests im Labor) CREATE = TRL6 (Demonstration im Haus) Beladen (Dehydration) Kondensator/Verdampfer Hochtemperatur (Solarthermie) ~90 C Speicher ~10 C Wasser Reservoir 3

4 Entladen (Hydration) Kondensator/Verdampfer Verbraucher (Heizung & WW) HT-Senke z.b. SH ~40 C Speicher NT- z.b. Erdreich ~10 C Wasser Reservoir Technische Entwicklungen in CREATE Verbraucher HT-Senke (Heizung & WW) z.b. SH NT- z.b. Erdreich 4

5 Technische Entwicklungen in CREATE Speichermaterial Verbraucher HT-Senke (Heizung & WW) z.b. SH NT- z.b. Erdreich Technische Entwicklungen in CREATE Speichermaterial Verbraucher HT-Senke (Heizung & WW) z.b. SH Speicherbehälter NT- z.b. Erdreich 5

6 Technische Entwicklungen in CREATE Speichermaterial Kondensator/Verdampfer Verbraucher HT-Senke (Heizung & WW) z.b. SH Speicherbehälter NT- z.b. Erdreich Speichermaterial Anforderung an das Speichermaterial: Passender Temperaturbereich (Laden und Entladen) Hohe Energiespeicherdichte Zyklenstabilität Kostengünstig Speichermaterial-Entwicklung: Screening von mehr als 536 Salzhydraten Analyse von Kinetik, Stabilität, Handhabung, etc. Entwicklung von Additiven zur Erhöhung der Stabilität und Wärmeleitfähigkeit K 2 CO 3 Kaliumcarbonat Speicherdichte = 1.3GJ/m³ Beladetemp.: 65 C (20 mbar ) Entladungstemp.: 59 C (@12mbar) Größe: 1mm bis 5mm Bildquelle: TU/e 6

7 Speicherbehälter Ziel: Erhöhung der Kompaktheit des Speicherbehälters durch Verringerung des Volumens von: Zusatz- und Hilfsgeräten Hohlräumen zwischen dem Speicher und der Gebäudekubatur Methode: Erhöhung der Systemspeicherdichte durch die Entwicklung prismatischer und modular erweiterbarer Speicherbehälter Herausforderung: Arbeitsdruckbereich von ~10mbar Prismatisches Speicherdesign verringert Platzbedarf um mind. 21% Speicherbehälter Interner Lamellen-Wärmetauscher als strukturelles Element Speichermaterial befindet sich im Lamellen-WT (10mm Finnenabstand) Shaking Geschweißter Edelstahlbehälter und epoxid-beschichtung des Lamellen-WT Speichervolumen: 400 Liter pro Modul ~ 50kWh Leistungsanforderung: 2.5kW Modul-Abmessungen: 1.7m x 0.9m x 0.35m Arbeitsdruckbereich: ~10mbar Shaking 7

8 Verdampfer / Kondensator (V/K) Experimentelle Untersuchung und Bewertung von vier unterschiedlichen Verdampfer/Kondensator-Typen (Finnen-V/K, Microchannel-V/K, Fallfilm-V/K, Wellrohr-V/K) Wellrohr-V/K kombiniert simples und leistungsfähiges Design: 15m Wellrohr in drei Tassen ermöglichen V/K-Leistungen größer 2kW CREATE System Design Prismatische und modular erweiterbarer Speichermodule Pro Modul je 400 Liter K 2 CO 3 Gesamtvolumen: Liter Kapazität: ~150kWh Leistung: 2.5kW Zentraler Wellrohr - Verdampfer/ Kondensator Gepumptes Systemdesign Prozesswassertank: ~200Liter 8

9 Laboraufbau und Experimentelle Untersuchung Heizstab Verdampfer/Kondensator Hardware in the Loop system emuliert: Solarkollektor Niedertemperturquelle Wärmeabgabesystem Experimentelle Untersuchung von einem Speichermodul in Laufe des Jahres 2018 Pufferspeicher Waage Speichermodul Dehydration and Hydration Experiments 18 Beladungen (zw. 80 C und 100 C) und 15 Entladungen (zw. 35 C und 60 C) erfolgreich durchgeführt. Signifikante Korrelation zwischen Temperatur und Leistung Speichermaterial und System Zykelnstabil Energiespeicherdichte (bezogen auf Wärmetauscher Volumen): 124kWh/m³ Abgabeleistung zwischen bzw. 9

10 CREATE aktuller Status und nächste Schritte Designanpassungen am Moduldesign Zusammenbau und Aufbau des finalen Systems mit insgesamt drei Modulen Experimentellte Untersuchung bis Juni 2019 in Gleisdorf Integration des CREATE Speichersystems in ein Waisenhaus in Warschau mit Juni 2019 Demonstration des Speichersystem in Warschau bis April 2020 Ground HX Container Solar collector Zusammenfassung Ziel: Entwicklung eines kompakten, kosteneffizienten saisonalem thermo-chemischen Speichersystems auf Salzhydratbasis für Ein- und Mehrfamilienhäuser. Technische Entwicklungen: Speichermaterial: K 2 CO 3 Kaliumcarbonat Prismatisches, modulares Speicherkonzept mit einem Volumen von je 400 Litern und einer Leistungsanforderung von 2.5kW. Wellrohr-V/K kombiniert simples und leistungsfähiges Design Status: Aufbau und experimentelle Untersuchung eines 1.200Liter (~150kWh) CREATE Speichersystem bei der AEE in Gleisdorf. Ausblick: Integration des CREAE Speichersystem in ein Waisenhaus in Warschau, Polen, von Juli 2019 bis Mai

11 Danke für Ihre Aufmerksamkeit 11