Thermische Großspeicher Arten - Anwendung - Auslegung 1. Energiespeichertagung Birkenfeld Dipl.- Ing.(FH) Helmut Krames IfaS stellv. Bereichsleiter Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Natürlicher thermischer Groß-Speicher Quelle: PIK Potsdam Institut für Klimaforschung
Bodensee Solarspeicher Friedrichshafen Warum wird neben einem Gewässer (48 km³) noch ein Speicher (12.000 m³) gebaut? http://www.saisonalspeicher.de/projekte/bestehendeprojekte/tabid/93/language/de-de/default.aspx
Überblick Speicherarten Thermische Großspeicher Sensible Speicherung Latente Speicherung Chemische Speicherung Aquifer Wärmespeicher Warmwasser Speicherbehälter Erdsonden Wärmespeicher Kies-Wasser Wärmespeicher
Spezifische Wärmekapazitäten Wasser 4,19 KJ/kg Quelle Recknagel&Sprenger Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 07/08
Wichtigste thermische Großspeicher Speicherart Größe [m³] Einsatzbereich Energiedichte Temperatur [kwh/m³] [ C] Warmwasser Wärmespeicher 50 bis 6.000 Warmwassernutzung 60-80 70-95 Kies/Wasser Wärmespeicher über 1.000 Nahwärme 30-50 10-90 Erdsonden Wärmespeicher über 50.000 Nahwärme 15-30 10-80 Aquifer Wärmespeicher über 1.000 Nahwärme 30-40 70-80 BINE; Stand 11/09 http://www.itw.uni-stuttgart.de/abteilungen/rationelleenergie/langzeitws/langzeitws.html
Warmwasser Wärmespeicher Wasser bis zu 95 C Zylindrischer Stahl- oder Betonbehälter Auskleidung durch dünne Edelstahlbleche Als Dämmstoffe Mineralfasern, Schaumglas oder Blähglasgranulat Be- und Entladung erfolgt über im Speicher angebrachte Ladewechseleinrichtungen http://www.solarserver.de/wissen/lexikon/l/langzeit-waermespeicher.html
Kies-Wasser-Wärmespeicher Kies und Wasser als Speichermedium Wärmekapazität Keine tragende Deckenkonstruktion erforderlich allseitige Dämmung erforderlich Be- und Entladung über Rohrschlangen Temperaturfestigkeit auf 90 C begrenzt http://www.abwaermeatlas-sachsen.de/technologien/technologien/direkte-waermenutzung/waermespeiche/kies-wasser-speicher.html
Erdsondenspeicher Bevorzugt wassergesättigte Tone Be- und Ausladung über U-förmige Rohre Rohre werden in gebohrte senkrechte Hohlräume eingeführt Hohlräume sind mit Bentonit-Sand-Zementmischung zu verfüllen http://www.itw.unistuttgart.de/abteilungen/rationelleen ergie/technik/erdsonde.php
Aquiferspeicher Wärme wird über Brunnenbohrungen eingebracht und entnommen Speichervolumina i.d.r. ab 100.000 m³ Temperatur je nach Wärmequelle bis 80 C Hinreichende Wasserdurchlässigkeit Geringe Strömungsgeschwindigkeit vom Grundwasser Begrenztheit des Speichervolumens
Gestaltung und Funktion eines Aquiferspeichers http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/themenhefte/th2005/th2005_06.pdf
Nutzung Wärme und Kälte http://www.geophysica.de/downloads/aquifers peicher.pdf
Anwendungen thermische Großspeicher Speicherung von diskontinuierlich erzeugter Energie z.b. Sonnenenergie Beispiel Hamburg-Bramfeld Kollektorfläche 2.920 m² Speicher 4.500 m³ http://www.baulinks.de/webplugin/2008/2009.php4
Anwendungen thermische Großspeicher Schwankungen in der Erzeugung und Nutzung Industrielle Abwärme z.b. thermische Nachverbrennung
Anwendungen thermische Großspeicher Wärmespeicher für überschüssigen Strom Dänemark Nahwärmenetze / Speicher Zusatzenergie Strom für Wärmepumpe notwendig http://www.impuls21.eu/windenergie.html
Quellen für thermische Großspeicher Speicherung von Abwasserwärme Quelle Grazer Energieagentur Speicherung von Solarer Wärme Quelle Schüco.com
Quellen für thermische Großspeicher BHKW- (Ab-)Wärme http://www.swp-potsdam.de/swp/de/entsorgung/ueber-unsstep/umweltschutz-step/bhk-w-step/bhk-w.php Industrielle Abwärme Quelle: EnEff: Industrie
Anwendungsbeispiele Großspeicher Oberirdischer Warmwasserspeicher Bsp.: Saisonaler Wärmespeicher München http://www.zaebayern.de/hauptforschungsthemen/energiespeicher/fo rschungsgebiete/thermische-energiespeicher.html http://www.solites.de/download/literatur/ab-sun%20vi%20fkz%200329607l.pdf
Anwendungsbeispiele Großspeicher Erdsondenspeicher mit Solar Bsp.: Neckarsulm Erdsondenspeicher inzwischen 63.360 m³ Kollektoren 6.300 m², ab 1997 http://www.ikz.de/uploads/media/ikzf_200811_1808_reportage.pdf
Anwendungsbeispiele Großspeicher Aquiferspeicher Bsp.: Reichstagsgebäude http://www.baunetzwissen.de/glossarbegriffe/gebaeudetechnik- Aquiferspeicher_2482801.html?img=0&layout=galerie
Anwendungsbeispiele Großspeicher Kies-Wasser-Wärmespeicher Bsp.: Chemnitzer Nahwärmesystem 8.000 m³ Speichervolumen und 2.000 m² Kollektorfläche http://www.tu-chemnitz.de/mb/soltherm/drainage.htm
Kosten Speichersysteme Quelle Solites Solare Nahwärme und Langzeit-Speicher Stark abhängig von den örtlichen Gegebenheiten
Dämmung - Schaumglasschotter 0,091 W/m²K druckfest (6 N/mm²) wasserdurchlässig frostbeständig 10x leichter als Kies Recyclingprodukt http://www.baulinks.de/webplugin/2010/1726.php4
Dämmung Blähglasgranulat 0,07 W/m²K Druckfest 1 N/mm² Feuchteresistent Schallabsorbierend Unbrennbar Aus Altglas hergestellt Recyclingprodukt http://poraver.com/?q=de/produkt/koernungen
Glas- und Mineralfaser Vorwiegend aus Glas und Gesteinen mit Ölen und Binder gemischt Gesundheitliche Gefahren 0,035-0,050 W/(m² K) wasseraufnehmend http://news.3msafety.de/allgemeines/kurz-beleuchtet-kunstliche-mineralfasern-kmf/
Beispiel Speicher
Vorgehensweise Speicherauswahl Ermitteln der Wärmequellen (Solar/Abwärme/ etc.) Bestimmen der Kapazität der Wärmequellen Bestimmen des Temperaturniveaus im Speicher Definieren des Temperaturniveaus beim Verbraucher Untersuchen der geologischen Gegebenheiten Festlegend des Speichertyps Festlegen des Speichervolumens Berechnen des Speichervermögens in Abhängigkeit von: der Temperaturdifferenz zwischen Speichermedium und Verbraucher und der Wärmekapazität des Speichermediums Simulation z.b. mittels Transys
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Fazit
Alternative Folien!
Anwendungsbeispiele Großspeicher Oberirdische Tanks mit guter Dämmung Unterirdische Speicherbecken ( Bsp.: Löschwasserbecken) Kavernenspeicher (künstlich hergestellt Hohlräume in dichtem Gestein)Bsp! Speichersystem mit mehreren vertikalen Schächten Wo? Aquiferspeicher Wo? http://www.vdi.de/presse/artikel/waermever sorgungssysteme-optimieren/
Latente Speicherung Umwandlung des Phasenmediums Umsetzungsenergie > Temperaturänderungsenergie
Überblick Thermische Großspeicher Sensible Speicherung Latente Speicherung Langzeitspeicher fest - flüssig flüssig - gas - Kies/Wasser Wärmespeicher - Erdsonden Wärmespeicher - Äquifer Wärmespeicher Meist Langzeitspeicher
Überblick Thermische Großspeicher Sensible Speicherung Latente Speicherung Kurzzeit Langzeit fest - flüssig flüssig - gas - Wasser Speicherbehälter - Kies/Wasser Wärmespeicher - Erdsonden Wärmespeicher - Äquifer Wärmespeicher Meist Langzeitspeicher
Sensible Speicher
Flüssig / latent Auslegung Schichtung Anschlüsse Baumaterialien Einsatzgebiete Kältespeicher Verluste / Dämmung
Typen http://www.wsi.tum.de/portals/0/media/lectures/20082/350cc74c-8fa0-4a77-9982-b03778c1a3e0/energiespeicher.pdf
Saisonale Energiespeicher http://haustechnik.blogspot.de/2008/05/solar wrmeanlage-energie-sparen.html http://www.brennstoffspiegel.de/technik.ht ml?newsid=12068&title=kwk+dank+politik +mit+goldener+zukunft