PCM-Speicher für industrielle AnwendungenChristoph Zauner

Wien, 23.10. 2014

Christoph.Zauner@ait.ac.at

+43 (0) 664 82 511 46

Quelle: FhG-ISI, DLR

Übersicht über den Wärmebedarf verschiedener Industriezweige

Quelle: AEE INTEC

Wärmebedarf in der Industrie

Wärmebedarf in einer Fleischerei

Quelle: www.gewerbegas-online.de

Prozesse in der Fleischwarenherstellung

� Minuten / Stunden Schwankungen

� Tag / Nacht Schwankung

� Wochenende

� Längere Stillstände (Betriebsurlaub, Wartung)

Speicher zur Erhöhung der Energieeffizienz

Spitzenlastglättung mittels Speicher

� Effizienterer Kesselbetrieb

� Kleinerer Kessel möglich

� Ersatz Spitzenlastkessel� Kosten- undCO2-Ersparnis

Quelle: KPC

� Abwärme fällt in verschiedenen Prozessen zeitlich variabel an

� Mit Speichern kann die Diskrepanz zwischen Abwärmeangebot und benötigter Prozesswärme ausgeglichen werden

Speicher für solare Prozesswärme

Erhöhung des solaren Deckungsgrades

Speicherentladung

Solarwärmeangebot

Lastkurve

Speicherbeladung

Quelle: AEE INTEC

� Solarthermische Kollektoren können Luft, Wasser, Öl, Dampf bis mind. 400°C erwärmen

� Bisher meist sensible Speicher

� Einstrahlung in Österreich ca.1000 W/m2 an sonnigen Tagen

� Etwa 1000 kWh/m2

pro Jahr

Prinzip des Latentwärmespeichers

Energiespeicherung mittels Phasenwechselmaterialien (PCMs)

Latente Wärme beim Phasenübergangz.B. Schmelzen / Kristallisieren

� Hohe Phasenwechselenthalphie

� Enges Temperaturintervall

� Speicherdichte höher als bei sensibler Speicherung

Übersicht PCMs

� Energiedichte

� Langzeitbeständigkeit

� Verfügbarkeit

� Preis

Quelle: ZAE Bayern

� Umweltverträglichkeit

� Handling

� Verarbeitbarkeit

� Materialverträglichkeit

Quelle: Ge et al., Ren. And Sust. Energy 21 (2013)

Neue Entwicklungen an AIT und Montanuniversität Leoben

Projekt „StoreITup!“:

50 Polymere untersuchtund charakterisiert:

� 6 potentiell geeignete Materialklassen gefunden

� Zyklenstabilität getestet

� Rheologie untersucht

� Handling getestet

Rezyklate

Rohpolymere und Compounds

Formstabile Polymere Langzeitstabilität

Wärmeübertrager für Latentwärmespeicher

� Wärme muss effizient auf das PCM übertragen werden

� PCM - Wärmeleitfähigkeit oft limitierend

� Wärmeträgermedien: Heißwasser, Thermoöl, Dampf

Quelle: Fraunhofer ISE

� Test neuer Wärmeleitstrukturen

� Evaluierung verschiedener Kombinationen vonPCMs und Wärmeübertragern

� Speichersimulation undAbleitung von Auslegungsregeln

� Design, Bau und Charakterisierung von Prototypen im Labormaßstab(Thermoölprüfstand bis 350 °C / 50 kW)

Arbeiten am AIT zur Entwicklung neuer PCM-Speicher

Speicherentwicklung und Vermessung

� Natriumnitratspeicher (1400 kg)

� Prüfstand bis 380°C / 280 kW� Simulation der Schmelzvorgänge

Wärmeübertragerentwicklung

� Bimetallrippenrohre

� Bis 400°C in PCM-Speichern� CAD, FE-Simulation

� Langzeittests bei 280 - 340°C

Arbeiten an der TU Wien zu PCM-Speichern

Quelle: DLR

� Porenbetonherstellung (Xella)

� Isotherme Dampfspeicherung mit zwei PCM Speichern(Eutektische Salzmischungen ausKNO3, NaNO3, LiNO3, NaNO2)

� Anteil des Frischdampfes um 40% pro Zyklus reduzierbar

PCM-Speicher in der Baustoffindustrie

� Verstromung von diskontinuierlicher Abwärmeam Beispiel eines Zementwerks

PCM-Speicher für die Stromerzeugung

Quelle: DLR

Quelle: DLRQuelle: TU Wien

TU Wien K1-Projekt Green Storage Grid:

� Neue thermische, chemische, hydraulische Energiespeicher für den Einsatz in Kraftwerken und Verteilnetzen

DLR:

� 14 Tonnen NaNO3

� Speichkapazität 700 kWh

� Schmelzpunkt 305°C

Quelle: Gil et al., Int. J. of Refrigeration 39 (2014)

� 5000 kg SpeicherSevilla, Spanien

� PCM: HydrochinonSchmelzpunkt 170 °CEnthalpie 235 kJ/kg

PCM-Speicher für Kühlung

Quelle: Fan et al., Solar Energy 110 (2014)

Quelle: Fraunhofer UMSICHT

Bsp. Fraunhofer UMSICHT:

� 20 Fuß (6 x 2.3 x 2.4 m3) Container

� 25 000 kg

� Speicherkapazität 2 MWh

� Beladeleistung 200 kW

� Entladeleistung 100 kW

� Betriebstemperaturen 35 – 95 °C� PCM:

Natriumacetat-TrihydratSchmelzpunkt 58 °C

� Wirtschaftlichkeit hängt u. a. vom Transportweg ab

Projekt in Österreich:

„Latentwärmespeicher für trassenloseWärmeerzeugung“, A. Hofmann, 2007

Analyse div. Anbieter und Anwendungsszenarien

Mobile PCM-Speicher

Quelle: KTG Energie (vorm. Latherm)

� Günstigere, leistungsfähigere PCMs mit hoher Zyklenstabilität

� Günstigere, großtechnisch fertigbare, leistungsfähige Wärmeübertrager

� Günstigere Speicherkonzepte

� Planungswerkzeuge mit denen Industrieanlagen mit PCM – Speichern berechnet werden können

� Erfahrungen bei der Einbindung der Speicher in reale Prozesse durch mehr Demonstrationsanlagen

Notwendige Entwicklungsschritte

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Mag. Christoph Zauner

Christoph.Zauner@ait.ac.at

+43 (0) 664 82 511 46