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Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern

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Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern. Georg Storch , Andreas Hauer ZAE Bayern Technik für Energiesysteme und erneuerbare Energie. Gliederung. Grundlagen Mobile Wärmespeicher. Gliederung. Grundlagen  Adsorption  Offene Sorptionssysteme  Zeolith

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Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern


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Presentation Transcript
abw rmenutzung durch w rmetransport mit mobilen sorptionsspeichern

Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern

Georg Storch, Andreas Hauer

ZAE Bayern

Technik für Energiesysteme und erneuerbare Energie

gliederung
Gliederung
  • Grundlagen
  • Mobile Wärmespeicher
gliederung1
Gliederung
  • Grundlagen

 Adsorption

 Offene Sorptionssysteme  Zeolith

 Stationärer Speicher

  • Mobile Wärmespeicher
motivation
Motivation

Industrielle Abwärme

  • Nutzungshindernisse:
  • Temperaturniveau
  • zeitliche Verfügbarkeit
  • räumliche Trennung

Kumulierte prozesstechnische Abwärmeleistung in den Niederlanden.

Quelle: Energy Research Centre of the Netherlands

grundlagen adsorption

Adsorption

Desorption

Wärme

Adsorbens

Oberfläche

Wassermoleküle

Grundlagen: Adsorption

Anlagerung von Wasserdampf an der inneren Oberfläche

mikroporöser Materialien

slide6

Verdampfungs-

wärme

Luft +

Wasser

Luft +

Wasser

Kondensations-

wärme

Adsorptions-

wärme

Desorptions-

wärme

Luft

Luft

Grundlagen: Offene Sorptionssysteme

  • Wasserdampf / Zeolith
  • Betrieb bei Umgebungsdruck
  • Zeolithpellets in Festbettschüttung
  • Luft als Trägergas für Wärme- und Stofftransport

Desorption

Adsorption

Laden

Entladen

Zeolith

grundlagen zeolith
Grundlagen: Zeolith
  • Alumosilikat-Gerüststruktur (Me+,Me2+0,5)x(AlO2)x(SiO2)y(H2O)z
  • Verschiedene Kationen möglich (häufig Na+,K+,Mg2+,Ca2+,…)
  • Anwendung als Sorbens, Katalysator, Ionenaustauscher
  • Weltjahresproduktion 800 000 t
  • Für Sorptionsanwendungen in offenen Systemen meist als Pellets

Zeolith A

Porendurchmesser 4 - 5 Å

Zeolith X/Y

Porendurchmesser 7.4 - 10 Å

Moleküldurchmesser H2O: 2.6 Å

slide9

Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub

0.28

Beladung

Zeolith

Austritt

Adsorption

0.2

0.1

Eintritt

Adsorption

0.04

0.01

Eintritt

Desorption

Eintritt

Adsorption

grundlagen speicherdichte und temperaturhub
Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub

adsorption @15°C, =0.95

desorption @150°C

Speicherdichten bis zu 270 kWh/t und

Austrittstemperaturen bis zu 200°C erreichbar !

projekterfahrungen station rer speicher
Projekterfahrungen: Stationärer Speicher
  • System
  • Adsorbens 7000 kg Zeolith 13X
  • Tankvolumen 10 m³
  • Luftstrom 6000 m³/h
  • Therm. Leistung 130 kW (max.)

Speicherdichte Q= 124 kWh/m³ (81 % des theor. Werts)

Leistungszahl COPth= 0.92 (86 % des theor. Werts)

gliederung2
Gliederung
  • Grundlagen
  • Mobile Wärmespeicher

 Grundidee

 Konzeptvergleich Zeolith/PCM

 Forschungsvorhaben

 Wirtschaftlichkeitsanalyse

mobile w rmespeicher

Nutzer A

Zeo

Zeo

Lade-

station

Nutzer B

Zeo

LKW + Container

Mobile Wärmespeicher

Zeo

+ Nutzer C, D, …

  • BHKW
  • Müllverbrennung
  • Industriebetrieb
  • Klimatisierung
  • Schwimmbäder
  • Trocknung
mobile w rmespeicher1
Mobile Wärmespeicher

Forschungsprojekt: Abwärmenutzung durch mobile Sorptionsspeicher

Laufzeit: Juli 2005 – Juli 2008

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi)

Partner: Hydro Aluminium Deutschland GmbH

MVA Hamm Betreiber GmbH

Tricat Zeolites GmbH

Chemiewerke Bad Köstritz CWK GmbH

mobile w rmespeicher2
Mobile Wärmespeicher

Roadmap

Laborexperimente

& Planung

Wirtschaftlichkeits-

rechnung

Bau

Betrieb

mobile w rmespeicher3
Mobile Wärmespeicher

Konzept Mobile Sorptions-Speichereinheit

Umgebauter Standard-Frachtcontainer.

Zeolithvolumen 18,7 m³

Zeolithmasse 15 t

Dicke der Schüttung 0,8 m

Querschnitt der Schüttung 23,2 m²

Max. Luftvolumenstrom 20.000 m³/h

fragestellung
Fragestellung

Technologievergleich: PCM

Natriumacetat, Schmelzpunkt 58°C

PCM

Wärmeträger-

fluid

Wärmetauscher

Andere Systeme ?

mobile w rmespeicher4
Mobile Wärmespeicher

Typische Kostenstruktur

slide19

Mobile Wärmespeicher

Resultierende Energiekosten

mobile w rmespeicher5

Lade-

station

Zeo

Brenn-

stoff

105%

Nutzer

Mobile Wärmespeicher

Energiefluss-Diagramm

COP > 9 bezüglich Hilfsenergie !

Abwärme

132%

Nutz-

energie

100%

Hilfsenergie,

Transport

10.5%

mobile w rmespeicher6
Mobile Wärmespeicher

CO2-Emissionen

zusammenfassung
Zusammenfassung
  • Sorptionsprozesse ermöglichen thermische Energiespeicherung
  • Zeolith bietet hohen Temperaturhub bei guter Speicherdichte und konstanter Leistung
  • Technische Machbarkeit in stationären Anwendungen bereits gezeigt
  • Laufendes Forschungsprojekt zur mobilen Nutzung
  • Zu klärende Fragen:

mechanische Stabilität, Desorption mit Abgas

  • Wirtschaftlicher Betrieb möglich
  • Stark abhängig vom Verhältnis Arbeitskosten/Energiepreis
slide23
Dank

Vielen Dank für

Ihre Aufmerksamkeit!