Thermische Energiespeicher für Industrie und Kraftwerke

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Transkript:

Thermische Energiespeicher für Industrie und Kraftwerke Wolf-Dieter Steinmann Institut für Technische Thermodynamik ZERØ EMISSION CITIES Wien 6.November 2013

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Einsatz von thermischen Speichern im Kraftwerksbereich Phönix 2014 Source: Abengoa Solar

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Thermische Energiespeicher für mittlere und hohe Temperaturen verschiedene Anwendungen verschiedene Kombinationen von Anforderungen Solarthermische Kraftwerke Flexibilität Kraftwerke Prozessindustrie Abwärmeverstromung Prozessindustrie Stromspeicher Quelle: BSE BADISCHE STAHL ENGINEERING GMBH Quelle: BSE BADISCHE STAHL ENGINEERING GMBH Thermomanagement Auto Quelle: STEAG New Energies GmbH Quelle: Xella Deutschland GmbH Quelle: Xella Deutschland GmbH Abwärmeintegration

Thermische Energiespeicher für mittlere und hohe Temperaturen verschiedene Kombinationen von Anforderungen verschiedene Speicherkonzepte Flüssigsalz Betonspeicher Latentwärmespeicher Packed bed Thermochemische Speicher Dampfspeicher

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Transfer Speichertechnik in Anwendungsbereich fossiler Kraftwerkstechnik bei KWK: zeitliche Entkopplung von Wärme- und Stromabgabe Verbesserung Dynamik von Kraftwerken Bei Gasturbinen: Speicherung der Abgaswärme für spätere Verstromung durch Dampfturbine KWK Wärmespeicher G G G

Transfer Speichertechnik in Anwendungsbereich Prozessindustrie 1.Batch-Prozesse: Verfügbare Abwärme stimmt zeitlich nicht mit Bedarf überein

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Abschätzung Potenzial Speichereinsatz: Herstellung von Porenbeton / Kalksandstein Hydrothermale Härtung in Autoklaven unter Dampfatmosphäre PCM PCM Dampferzeuger Autoklave 5 bar 8 bar ohne Speichereinsatz: 70 % Dampfbedarf aus Dampferzeuger mit Speichereinsatz: 40 % Dampfbedarf aus Dampferzeuger Energiebedarf um 42 % reduziert

Transfer Speichertechnik in Anwendungsbereich Prozessindustrie 2.Nutzung diskontinuierlicher Abwärme Industrieprozess Wärmeübertrager Speichersystem Speichersystem Kreisprozess G Abwärme Leistung Zeit Speicherunterstützte Verstromung von Abwärme

Transfer Speichertechnik in Anwendungsbereich Prozessindustrie Nutzung diskontinuierlicher Abwärme / Beispiel Elektrostahl Deutschland: 27 Anlagen global: ca. 1200 Lichtbogenöfen

Transfer Speichertechnik in Anwendungsbereich Prozessindustrie Nutzung diskontinuierlicher Abwärme / Beispiel Elektrostahl Flüssigsalz-Kreislauf Elektrodenhalterung Wärmeübertrager Elektroden Abgasrohr Heißtank Heißtank Lichtbogen Schmelze Flüssigsalzspeicher mit 5.6 t Salz ermöglicht kontinuierliche Abgabe von 2.8 MW elektrischer Leistung Kalttank Dampfkreislauf G

Einsatz thermischer Speichertechnik für Stromspeicherung Adiabate Druckluftspeicherung (CAES) Verbesserung des Speicherwirkungsgrades gegenüber heutigen CAES-Systemen durch Integration eines thermischen Speichers Druckfester Hochtemperatur-Speicher

Thermische Energiespeicher für Stromspeicherung Innovatives Konzept: Thermomechanisches Energiespeicherung auf Basis Wärmetransformation Beladung: Niedertemperatur-Dampf wird mit elektrischer Energie verdichtet Im Latentwärmespeicher wird der verdichtete Dampf kondensiert

Thermische Energiespeicher für Stromspeicherung Innovatives Konzept: Thermomechanisches Energiespeicherung auf Basis Wärmetransformation Entladung: Wärme aus Latentwärmespeicher wird zur Dampferzeugung genutzt Dampf treibt Turbine an

Thermische Energiespeicher für Stromspeicherung Innovatives Konzept: Thermomechanisches Energiespeicherung auf Basis Wärmetransformation Verfügbarkeit Latentspeicher ermöglicht Entwicklung innovativer Stromspeicher keine Anforderungen an Geologie Realisierung über weiten Leistungsbereich Maximaltemperaturen < 350 C Großteil der erforderlichen Komponenten entspricht dem Stand der Technik hohe Zyklenzahl (>10000) Einbindung Niedertemperaturwärme bei der Beladung ermöglicht Kompensation Verluste

Zusammenfassung und Ausblick Thermische Energiespeicher für mittlere und hohe Temperaturen haben im Bereich der solarthermischen Kraftwerke kommerziellen Status erreicht Neben einer Weiterentwicklung in diesem Bereich erfolgt aktuell eine Übertragung dieser Speichertechnologie in andere Anwendungsbereiche Die Auswahl des Speicherkonzeptes in Abstimmung auf die spezifische Anforderungen einer Anwendung ist wesentlich Speicher ermöglichen eine Erhöhung der Flexibilität von Kraftwerken Die Nutzung von Abwärme in Industrieprozessen wird durch den Einsatz von Speichern verbessert Thermische Energiespeicher ermöglichen die Realisierung neuer Konzepte für die Stromspeicherung im Kraftwerksmaßstab