Thermische Energiespeicher Überblick und Forschung an der Hochschule Luzern oder M13 und die Folgen - Dr. Jörg Worlitschek
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Thermische Energiespeicher Überblick und Forschung an der Hochschule Luzern oder M13 und die Folgen Dr. Jörg Worlitschek T direkt +41 41 349 39 57 joerg.worlitschek@hslu.ch Horw 16.05.2013 CC Thermische Energiesysteme und Verfahrenstechnik
Wofür verwendet M13 eigentlich seine Energie?
Ein Blick auf goldene Zeiten für Ihn: 2011
10’800 MJ
10% Bewegung
Folie 2, 16.05.2013
Wofür verwendet die Schweiz eigentlich Ihre Energie Ein Blick auf goldene Zeiten für sie: 2011 Folie 3, 16.05.2013
Wofür verwendet die Schweiz eigentlich Ihre Energie
Ein Blick auf goldene Zeiten für sie: 2011
Elektrizität
Gas
Treibstoffe
Erdölbrennstoffe
Kohle
Holz
Energieerzeugung in der Schweiz 1910 – 2011
Folie 4, 16.05.2013
Wofür verwendet die Schweiz eigentlich Ihre Energie Ein Blick auf goldene Zeiten für sie: 2011 Energieverbrauch 2011 Folie 5, 16.05.2013
Und etwas detaillierter… Industrieller Sektor Folie 6, 16.05.2013
Und warum all die Folien zu 2011?
Wärme spielt eine sehr gewichtige Rolle!
- Thermische Speicher
- Lokale Speicher von kurzen bis langen (bis zu saisonalen) Zyklen
- Elektrische Speicher
- Netzweite (und lokale) Speicher bei relativ kurzen Zyklen
Folie 7, 16.05.2013
Folie 8, 16.05.2013
Thermische Energie speichern – Wie?
Betrachtung eines uns bekannten Thermischen Speichers.
1. Niedrige Kühlleistung: -100W für 3 Std
- Speicherung durch sensible Wärme
- Speichermaterial: Isolierte Körpermasse (5kJ/kg Fleisch)
- Entladeprozess: Körpertemperaturerwärmung
- Wärmeübertragung: 12 L Blut in 90000km Adern
Heterothermie bei Säugetieren
Folie 9, 16.05.2013
Thermische Energie speichern – Wie?
Betrachtung eines uns bekannten Thermischen Speichers.
2. Niedrige Wärmeleistung : 50 W über 5 Monate
- Speicherung durch chemische Energie
- Speichermaterial: Fettsäure (44 kg)
- Entladeprozess: Winterruhe
- Wärmeübertragung: 12 L Blut in 90000km Adern
Oxidation des braunen Fettgewebes
durch β-Oxidase
Folie 10, 16.05.2013Thermische Energie speichern – Wie? Überblick Folie 11, 16.05.2013
Thermische Energie speichern – Wie? Überblick Phasenwechselmaterialien (PCM - Kristallisation) Folie 12, 16.05.2013
Thermische Energie speichern – Wärmeübertragung
Nr Art Beispiele
.
1 Indirekt Eisspeicher mit Sole
use
storage betrieben
supply
2 Direkt I Regenerator
durchströmt
use
storage
supply
3 Direkt II Eispeicher mit
Wasserentnahme
use
supply
storage Hausheizung-
Speicher
4 Makroverkapse Parafintaschen
use lt Coolpack
supply
5 Mikroverkapsel PCM Emulsionen
use t PCM Granulate
supply
Folie 13, 16.05.2013Thermische Energie speichern – Wie?
Allgemeine Systemgrenzen
Systemischer Kontext, Energieumfeld, Systemmanagement
System Thermischer Energiespeicher
Wärmeübertragung
2. Systemebene
1. Systemebene
3. Systemebene
Speichermaterial
Folie 14, 16.05.2013Thermische Energie speichern – Stand der Anwendungen
Prinzip T T T T T T T
-50 -0 10 25 80 200 200+
Höchsttemperaturspeicherung Energieerzeugung x
Hochtemperaturspeicherung von Prozesswärme x
Elektrothermischer Energiespeicher (ETES) x x x
Rekuperatoren / Regeneratoren x x
Mitteltemperatur Energieerzeugung (ORC, x x
Solarthermie, BHKW)
Mittel-/Niedertemperaturprozesswärme x x x
(Rückgewinnung, Pinch)
Gebäudetechnik (Heizen, Wärmerückgewinnung) x x
Gebäudetechnik (Kühlen, Klimaanlagen) x x
Gebäudetechnik: Thermische Masse x
Fassaden/Spitzenausgleich
Kältetechnik, Eisspeicher x x
FoliePreisvergleich Speicher
Warmwasser
Latentwärmespeicher Latentwärmespeicher
Pufferspeicher Wasser Eisspeicher
mit Paraffin mit Salzhydrat
ΔT = (80 - 40) = 40 °C
Volumen Preis Spez. Preis Spez. Preis Spez. Preis Spez.
Kapazität [kWh] Kapazität [kWh] Kapazität [kWh] Kapazität [kWh]
[m3] [kCHF] [CHF/kWh] [kCHF] [CHF/kWh] [kCHF] [CHF/kWh] [kCHF] [CHF/kWh]
0.5 23 1.5 65 -- -- -- -- -- 38 15 400
1 45 2 44 -- -- -- 60 18 300 75 21 280
10 450 12 26 920 55 60 600 67 110 750 72 100
20 900 18 20 1840 75 41 1200 100 85 -- -- --
100 4500 -- -- 9200 225 25 -- -- -- -- -- --
FolieWärme und Kälte speichern – Herausforderungen
Dynamik: Wärmeleistung
Zeitliche Be- und Entladung in gewünschten Zeiten
Fehlen eines kompakten geeigneten Systems im Temperaturbereich 15-20°C
Kaum Einsatz in industrieller Wärmenutzung
FolieThermische Energiespeicher an der Hochschule Luzern Folie 18, 16.05.2013
Kompetenzen an der Hochschule Luzern
Elektrischer
Speicher
CC IIEE
Energie- Thermischer Energie-
Umwandlung Speicher Verbrauch
Kältespeicher
Verbrennung Wärmespeicher Gebäudetechnik
Wärmepumpen Gesamtsysteme Heizen
ORC Regelkonzepte Kühlen
BHKW Wirtschaftlichkeit Pinch-Analyse
Sorptionsprozesse Industrieprozesse
…..
….. …..Schwerpunktthema: Thermische Speicher und Wärmepumpen Flexibilität ‘Power and Heat’ • Peakshifting • Optimale Abstimmung Wärmepumpe – Themischer Speicher • Weiterführende Kombination mit Stromspeicher HSLU Zusammenarbeit mit • CC TEVT, Wärmepumpen • CC IIEE • CC ZIG • CC Produktinnovation
Schwerpunktthema: Prozesswärme und PinCH Analyse Thermobatterie • Wärmerückgewinnung von Prozesswärme – Fokus auf Dynamik • Reduzierte Aufwärm- und Abkühlzeiten • Anwendung und Weiterentwicklung PinCH-analyse HSLU Zusammenarbeit von • CC TEVT, Thermische Energiespeicher • CC TEVT, Verfahrenstechnik
Schwerpunktthema: Latentwärmespeicher Gebäudetechnik Simulation und Optimierung • Simulation und Messung der Wärmeflüsse • Optimierung und Änderung des Temperaturniveaus • Verbund mit Anergienetzen HSLU Zusammenarbeit von •CC TEVT, Thermische Energiespeicher •CC ZIG
Beispiele von Ergebnissen
Simulation und Messung der Beladung eines PCM Speichers
Vergleich: Temperaturverlauf des LWS(Eis)-Speicher
25
20
15
Temperatur ϑ [°C]
10
5
0
Mitte innen (experimentell)
-5 Mitte innen (mathematisch)
Umgebungstemperatur (experimentell)
Umgebungstemperatur (mathematisch)
-10
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Zeit [h] 23Beispiele von aktuellen Ergebnissen
Thermische Charakterisierung von Speichermaterialien
24Beispiele von aktuellen Ergebnissen
Simulation des Ladevorgangs eines Eisspeichers
Temperatur- und Zeitverlauf im Ladebetrieb
8 10
Berechnet Temperatur Austritt
UWH 420/1/2
Messwerte Temperatur Austritt 9
Messwerte Temperatur Eintritt
Berechnete Beladungsdauer 8
4 Messwerte Beladungsdauer
7
6
Temperatur in °C
Ladezeit in Stunden
0 5
4
3
-4
2
1
Abkühlphase Beladung ohne Zwickel Beladung Zwickel
-8 0
-20 0 20 40 60 80 100
Beladung in Prozent
25Wärmefluss W/m2
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0.0
7.9
15.7
23.6
31.4
39.3
47.2
55.1
62.9
70.8
78.6
86.5
94.4
102.3
110.2
118.4
127.1
136.2
Zeit [min]
145.7
155.7
166.1
176.9
188.1
199.8
211.9
224.4
26
237.4
Beispiele von aktuellen Ergebnissen
250.8
Direkte Messung des Wärmestromes:
264.6
Entladung eines Salzhydrat SpeichersNetzwerk – Thermische Speicher
• Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER)
• Mitarbeit Fachgruppe Thermische Speicher Dechema
• Mitgliedschaft Deutscher Bundesverband für Energiespeicher
Laufende Firmenkooperationen
• VZug
• Mettler Toledo (Messtechnik)
• Fafco, Biel (Eisspeicherhersteller)
• Falkeis Arichtekten Vaduz
• Isocal/KWT, Viessmann
• Leutenegger
• Mibelle
• GlassX
• Belimed Sauter
• ….Nachruf
- Der Bär ist tot. (†3) am 19. Februar
- Thermische Speicher sind die Zukunft
- Bei Ideen / Anregungen / Projekten zu Thermischen Speichern
kontaktieren Sie mich gerne!
- Joerg.Worlitschek@hslu.ch
Folie 28, 16.05.2013Sie können auch lesen
