Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh Heizen und Kühlen mit flüssigem Eis Energiecluster trifft Wissenschaft, 21.06.2016
Deutscher Kältepreis 2016
Überblick Ø Einführung in die Flüssigeisherstellung durch Direktverdampfung Ø Vergleich von Eiserzeugertechnologien Ø Flüssigeisspeicher als thermische Speicher Ø Weitere Anwendungen der Flüssigeistechnologie
Flüssigeiserzeugung durch Direktverdampfung was ist das? Ø Verfahren zur Herstellung eines pumfähigen Wasser/Eisgemisch durch direkte Verdampfung des KältemiCels Wasser im Grobvakuum Ø Verdampfung nahe des Tripelpunkts von Wasser (611 Pa, 0 C) Ø Verdampfung mit geringer Temperaturdifferenz Ø Erzeugung eines binären Gemisches Wasser/Wassereis Phase diagram of water by Cmglee - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons
Eiserzeugung durch Direktverdampfung Verdampfungsenthalpie (6,1 mbar; 0,01 C) h V = 2500 kj/kg Erstarrungs-/Schmelzenthalpie h fus = 333,5 kj/kg
Vergleich von Eiserzeugertechnologien Kratzeis-Verfahren Direktverdampfung Niedrige Verdampfungstemperatur = geringe Effizienz Hoher mechanischer Verschleiß Additive Eisbildung an Wasseroberfläche Höchstmögliche Verdampfungstemperatur Kein Kratzen = kein Verschleiß Additivfreier Betrieb möglich
Flüssigeisspeicher als thermische Speicher Eisspeichersysteme wofür? Kühlaufgaben für unterschiedlichste Anwendungen à Klimatisierung, Nahrungsmittelwirtschaft, industrielle Prozesse Kälteanlagen meist elektrisch angetrieben Kältetechnik = 16 % der Elektroenergie in Deutschland Kühlung bestimmt Elektroenergiebedarf in warmen Regionen à südliches China: 40 60 % des Elektroenergiebedarfs für Klimaanlagen Ausgeprägte elektrische Spitzenlasten durch Klimakälteerzeugung Ohne (Energie-)Speicher: Spitzenlast bestimmt Anlagendimensionierung Eisspeicher zur zeitlichen Entkopplung von Angebot und Bedarf (Lastmanagement) Regenerative Energien erfordern Energiespeicher
System Layout - Flüssigeisenergiespeicher
Vakuumeis Pilot- und Demonstrationsanlage Vakuumeis-Kältespeicher an der Westsächsischen Hochschule Zwickau Aufgabe: Pufferspeicher für das Campuskältenetz Anlagenparameter Verdampferkälteleistung: 50 kw (Ladeleistung) Speicherkapazität: 350 kwh Speichervolumen: 6 m³ Entladeleistung: 100 kw Im Au3rag des
Saisonaler Kältespeicher als Wärmequelle
Kombiniertes Heiz und Kältesystem Saisonaler Kältespeicher als Wärmequelle Vorteile Ø Heizen und Kühlen zur gleichen Zeit (z.b. Krankenhäuser, Lebensmittelindustrie) Ø Beide Seiten der WP nutzbar Ø Sehr hohe Systemeffizienz Ø Speicher Komponente zum Bedarfsausgleich
Heizen mit Vakuum-Flüssigeis Nutzung natürlicher oder künstlicher Wasserreservoire als Wärmequelle Vorteile Konstante Temperatur der Wärmequelle Höhere Wärmequellentemperatur als bei Lu`wärmepumpen Vermeidung von Schallproblemen von Lu`wärmepumpen Geringere Invesbbonskosten gegenüber Erdwärme, kein Problem mit Regenerierung
Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbh Bertolt-Brecht-Allee 20, 01309 Dresden Dipl.-Ing. Marcus Honke Tel.: +49 351 / 4081-703 E-Mail: marcus.honke@ilkdresden.de
Aufbau einer Vakuum-Flüssigeis Anlage
Eisspeicher als Energiespeicher warum? Eisspeicher zur zeitlichen Entkopplung von Angebot und Bedarf (Lastmanagement) Regenerabve Energien erfordern Energiespeicher Direkte Speicherung der Nutzenergie (Kälte) mit Eisspeichern (Alternabve zu BaCeriespeichern) Kapazitätserweiterung von Nah- und Fernkältenetzen Nutzung der Tag-Nacht-Temperaturdifferenz ermöglicht höhere Effizienz als bei on-bme Kälteerzeugung (geringere Kondensabonstemperatur im Nacht- Betrieb à Speicherwirkungsgrad > 100 %) DurchschniIliche Tageshöchst- und NefsIemperaturen im Jahresverlauf am Standort Abu Dhabi Quelle: wecerkontor.de
Vorteile des Vakuumeisspeichersystems Energieeffizient durch Direktverdampfung bei -1 C Eisentstehung auf freier, bewegter Wasseroberfläche, kein Kratzen Effizienter als konvenbonelle, solide Eisspeicher und Kratzeiserzeuger Effizienzsteigerung durch Temperaturunterschied Tag/Nacht Vergrößerung der Spitzenleistung von Kälteanlagen Größere Entlade- als Ladeleistung möglich Flexible Anpassung der Speicherkapazität unabhängig von Ladeund Entladeleistung Umwelnreundliches und preiswertes Speichermedium ohne Degradabonsgefahr Speichermedium/Kälteträger ist pumpfähig Andere Applikabonen möglich, z.b. Wärmepumpen/Heizen Direktverdampfung problemabscher Wärmequellen (Grubenwasser, industrielle Wässer wie Papierindustrie)
Anwendungen der Vakuumeistechnologie Kühlung industrieller Prozesse, LebensmiCelverarbeitung und lagerung, Batchprozesse, 0 10 C (Brauereien, Molkereien, Bäckereien, Käse- und Wurstreifung, Obst- und Gemüselager, Lu`enneuchtung) Kältespeicherung in der Gebäudeklimabsierung Kapazitätserweiterung von Nah- und Fernkältenetzen (district cooling) - als dezentralisierter Speicher für höhere Spitzenlast - als zentraler Speicher, z.b. zur Nutzung von Schwachlastzeiten oder regeneranver Energien Wärmepumpenprozesse mit Nutzung (Eisbildung) natürlicher oder künstlicher Wasserreservoire (konstante Quelltemperatur, höhere Effizienz als Lu` WP) doppelte Nutzung der WP zum Heizen und Kühlen à saisonale Speicherung Leistungsbereich: 50 500 kw Eiserzeugungsleistung pro Modul
Effizienzbetrachtungen 0,30 Spezifischer Strombedarf (kw el /kw 0 ) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 1) 2) 3) 4) 5) 6)