BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E.V. Innovative Wärmespeicher Dr. Andreas Hauer ZAE Bayern Walther-Meißner-Str.6, 85748 Garching www.zae-bayern.de
Inhalt Thermische Energiespeicher - Technologien sensibel / latent / thermochemisch Thermische Energiespeicher - Anwendungen Kühlen / Heizen / Prozesswärme Zusammenfassung 2
Eigenschaften eines Energiespeichersystems Speicherkapaziät (kwh/kg, kwh/m³) Phys. / chem. Effekt, Speichermaterial, Randbedingungen Lade-/Entladeleistung (W/kg, W/m³) Stoff- und Wärmeübergang, Speicherkonstruktion Speicherwirkungsgrad Verlustmechanismen (Speicherdauer, Umwandlung) Speicherdauer (Zeit) Von Stunden bis zu einem Jahr Kosten ( /kwh, /W) Investitionen, Zahl der Speicherzyklen Konkurrierende Technik Wärme und Kälte aus fossilen Energieträgern
Thermische Energiespeicher Technologien
Thermische Energiespeicher Methoden der thermischen Energiespeicherung: Speicherung fühlbarer Wärme Speicherung latenter Wärme Thermochemische Wärmespeicherung
Energiedichte / (kwh/m³) Thermische Energiespeicher 600 Speicherkapazität vs. Temperatur MgSO 4 * 6H 2 O 500 400 MgCl 2 * 6H 2 O 300 NiCl 2 NH 3 200 CaCl 2 *NH 3 Silicagel*H 2 O Zeolith*H 2 O Nitrate 100 Salzhydrate Paraffine 0 Wasser 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Temperatur / C
Sensible Speicher Material: Wasser, Steine, Beton, Keramik, Stärken: Niedrige Kosten, robuste Technologie Schwächen: Niedrige spezifische Speicherkapazität Möglichkeiten: Hohe Entladeleistung (flüssig), hohe Speichertemperatur (fest) Herausforderungen: Thermo-mechanische Stabilität
Gespeicherte Wärme Sensible / Latente Speicher T Q PCM Q Wasser Schmelztemperatur T m Temperatur
Latente Speicher Material: Wasser, Paraffin, Salzhydrate, Zuckeralkohole, Stärken: Hohe spezifische Speicherkapazität, fest gelegte Temperatur Schwächen: Komplexer Wärmeübergang, hohe Kosten, fest gelegte Temperatur Möglichkeiten: Hohe spezifische Speicherkapazität bei kleinen Temperaturunterschieden, passive Temperaturekontrolle Herausforderungen: niedrige Entladeleistung, Langzeitstabilität
Thermochemische Speicher AB + Wärme A+B ECN
Thermochemische Speicher Material: Zeolith/Wasser, Silicagel/Wasser, Magnesiumchlorid/Wasser, Magnesiumoxid /Wasser, Lithiumchloride/Wasser, Stärken : Hohe spezifische Speicherkapazität, keine sensiblen Verluste Schwächen : Komplexe Technologie (Prozessparameter, Reaktordesign, ) Möglichkeiten : Einstellbare Temperatur, hoher Wirkungsgrad ( Wärmepumpeneffekt ) Herausforderungen: Starke Abhängigkeit von Umbegungsbedingungen, hydrothermale Stabilität
Thermische Energiespeicher Anwendungen
Kühlen Air Conditioning, Raumkühlung Randbedingungen: Niedrige Temperaturen: 0 C 26 C Kleine Temperaturdifferenzen (ΔT) Hohe Leistungsanforderungen Beschränkte Zyklenzahl (außer in heißem und feuchtem Klima) Entfeuchtung (!)
Kühlen Geeignete thermische Energiespeichertechnologie: Latentwärmespeicher und flüssige (oder feste) Sorptionsspeicher Passive Cooling Phase Change Slurries Offene Desiccant -Systeme
Heizen Raumheizung und Warmwasserbereitstellung Randbedingungen: Mittlere Temperaturen: 25 C 60 C Hohe Speicherkapazität Niedrige Leistungsanforderung (Heizen) / Hohe Leistungsanforderung (Warmwasser) Kurzzeitspeicher/ Saisonale Speicherung
Heizen Referenzsystem: Warmwassertank! Geeignete thermische Energiespeichertechnologie: Latentwärmespeicher, Adsorptionsprozesse und chemische Reaktionen Warmwasserspeicher Unterkühltes PCM Chemische Reaktion: Magnesium-Chlorid
Prozesswärme Industrielle Anwendungen (z.b. Lebensmittelindustrie) Randbedingungen: Hohe Temperaturen > 150 C Hohe Speicherkapazität Hohe Leistungsanforderungen Hohe Zyklenzahlen
Prozesswärme Geeignete thermische Energiespeichertechnologie: Latentwärmespeicher, Adsorptionsprozesse und chemische Reaktionen Hochtemperatur-PCM Offener Adsorptionsspeicher für Trocknungsanwendungen
Zusammenfassung
Zusammenfassung Thermische Energiespeicher können zur Effizienzsteigerung beitragen Energiespeichersysteme müssen auf ihre tatsächliche Anwendung hin optimiert sein Wärmespeicher müssen im Gesamtsystem betrachtet werden, um ihre technische und ökonomische Leistungsfähigkeit beurteilen zu können
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!