Große Niedertemperaturspeicher bis 150 °C

Die Aufwertung von Niedertemperaturwärme mittels Heatpump-ORC-Systemen erlaubt die effizienten Nutzung anderweitig ungenutzter Abfallwärmeströme

Der Energie Campus Nürnberg befasst sich mit der Energietechnik von morgen aus verschiedenen Blickwinkeln. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Große Niedertemperatur-Speicher für Temperaturen bis 150 °C" am Energie Campus Nürnberg sollen Speichersysteme konzipiert werden, um regenerativen Überschussstrom thermisch zwischen zu speichern. Dafür steht insbesondere die Entwicklung druckloser Latentwärmespeicher (TVT) sowie thermischer Heißwasser-Schichtspeicher (IPAT) verbunden mit entsprechenden dynamischen Simulationen der Energieflüsse (INF7) im Fokus. 

Aktuell befindet sich eine Pilotanlage in der Planung, der Aufbau soll bis Ende 2019 abgeschlossen und die Anlage betriebsbereit sein für eine Kopplung mit dem reversiblen HP-ORC-System. Dabei befinden sich die Mitarbeiter der  Lehrstühle IPAT, TVT und INF7 am EnCN in intensiver Zusammenarbeit. Aus den Ergebnissen sollen Erkenntnisse gewonnen werden für einen großskaligen Betrieb und das Potential für den zukünftigen Energiemarkt.

Hier finden Sie das aktuelle Paper aus der Forschungskooperation der Lehrstühle. 

Sankey Diagramm für den HP-ORC-Prozess mit Niedertemperaturspeicher

Sensible thermische Schichtspeicher am Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik (IPAT)

Zielsetzung der Arbeit am IPAT ist die Entwicklung eines wasserbasierten Wärmespeichers. Die Be- und Entladung des Speichers erfolgt dabei über einen neuartigen HP-ORC-Prozess der in einem parallel laufenden Projekt entwickelt wird. Dieser soll einen Wärmepumpenprozess und einen Organic Rankine Cycle miteinander vereinen.

Das System ist damit in der Lage positive und negative Regelenergie zur Stabilisierung des elektrischen Versorgungsnetzes bereitzustellen. Die fluktuierende Verfügbarkeit von regenerativen Energiequellen kann ausgeglichen werden. Damit bildet dieses Speicherkonzept einen weiteren Beitrag dazu eine solide Energieversorgung auf Basis regenerativer Energiequellen bereitzustellen

Zur experimentellen Evaluation und Optimierung des Konzepts umfasst das Projekt auch einen Aufbau im Labormaßstab. Dabei soll der Speicher auch im System mit dem HP-ORC-Prozess erprobt werden. Insgesamt ergibt sich daraus eine unabhängige Komplettlösung, die flexibel und skalierbar in das lokale Umfeld integriert werden kann.

Christoph Regensburger

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik (IPAT) , insbes. Niedertemperatur-Speicher

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik

Entwicklung druckloser Latentwärme-Speicherkonzepte für Temperaturen bis 150 °C (TVT)

Die Speicherung von Wärme kann sowohl durch Phasenwechsel als auch durch chemische Reaktion erfolgen. Bei beiden Ansätzen gibt es aber eine Reihe von Herausforderungen zu lösen.

Bei latenten Speichern (d.h. mit Phasenwechsel) ergibt sich unter anderem das Problem, dass die feste Phase sich auf dem Wärmeübertrager abscheidet und den Wärmetransport behindert. Durch die Verwendung der Computertomographie konnten neue Einblicke in thermische Energiespeicher auf Basis von Magnesiumchloridhexahydrat gewonnen werden. Ein Laboraufbau bestätigt das Potential für eine Einsatztemperatur bei 116 °C. Der Schmelz- und Kristallisationsvorgang konnten im Computertomographen genauer analysiert. Dies dient als Grundlage für die Designoptimierung mittels einer Computersimulation und erlaubt ein besseres Verständnis der Latentwärmespeicherung.

Daneben wurde auch die Hydratisierung von Magnesiumchlorid als thermischer Energiespeicher untersucht. Hierbei ergeben sich durch die Deliqueszenz (d.h. das Auflösen des Salzes im eigenen Kristallwasser) erhebliche technische Probleme. Der Einsatz als Phasenwechselmaterial ist daher deutlich sinnvoller und wird in der Folge weiter studiert.

PD Dr.-Ing. Karsten Müller

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik
Zylindrischer Latentwärmespeicher im Computertomographen

Dynamische Simulation der Energieflüsse und Speicherung der Abwärme von Rechenzentren und der Integration großer Speicher in Nahwärmenetze

Ziel des Teilprojekts am Lehrstuhl Informatik 7 ist die dynamische Simulation der Energieflüsse von HP-ORC-Wärmespeichern, die in das Energiesystem integriert sind und überschüssige Wärme und Strom nutzen. Mit den Simulationsmodellen sollen die Dimensionierung und geeignete Betriebsweisen für den wirtschaftlichen Betrieb von Niedertemperatur-Speichern untersucht werden.

Prof. Dr.-Ing. Reinhard German

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhls für Rechnernetze und Kommunikationssysteme (INF7)

Daniel Scharrer

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl Informatik 7 , insbes. i7-AnyEnergy Simulation