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© Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Georg Storch, Andreas Hauer ZAE Bayern Technik für Energiesysteme und erneuerbare Energie Abwärmenutzung.

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1 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Georg Storch, Andreas Hauer ZAE Bayern Technik für Energiesysteme und erneuerbare Energie Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern

2 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Gliederung 1.Grundlagen 2.Mobile Wärmespeicher

3 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Gliederung 1.Grundlagen Adsorption Offene Sorptionssysteme Zeolith Stationärer Speicher 2.Mobile Wärmespeicher

4 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Motivation Kumulierte prozesstechnische Abwärmeleistung in den Niederlanden. Quelle: Energy Research Centre of the Netherlands Nutzungshindernisse: -Temperaturniveau -zeitliche Verfügbarkeit -räumliche Trennung Industrielle Abwärme

5 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Grundlagen: Adsorption Wassermoleküle Wärme AdsorptionDesorption Adsorbens Oberfläche Anlagerung von Wasserdampf an der inneren Oberfläche mikroporöser Materialien

6 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Luft Verdampfungs- wärme Luft + Wasser Luft DesorptionAdsorption Wasserdampf / Zeolith Betrieb bei Umgebungsdruck Zeolithpellets in Festbettschüttung Luft als Trägergas für Wärme- und Stofftransport Zeolith Luft + Wasser Desorptions- wärme LadenEntladen Grundlagen: Offene Sorptionssysteme Adsorptions- wärme Kondensations- wärme

7 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Grundlagen: Warum Zeolith?

8 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Grundlagen: Zeolith Zeolith A Porendurchmesser Å Alumosilikat-Gerüststruktur (Me +,Me 2+ 0,5 ) x (AlO 2 ) x (SiO 2 ) y (H 2 O) z Verschiedene Kationen möglich (häufig Na +,K +,Mg 2+,Ca 2+,…) Anwendung als Sorbens, Katalysator, Ionenaustauscher Weltjahresproduktion t Für Sorptionsanwendungen in offenen Systemen meist als Pellets Zeolith X/Y Porendurchmesser Å Moleküldurchmesser H 2 O: 2.6 Å

9 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub Eintritt Desorption Eintritt Adsorption Eintritt Adsorption Austritt Adsorption Beladung Zeolith

10 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Speicherdichten bis zu 270 kWh/t und Austrittstemperaturen bis zu 200°C erreichbar ! =0.95 Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub

11 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. 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 COP th = 0.92 (86 % des theor. Werts) Projekterfahrungen: Stationärer Speicher

12 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Gliederung 1.Grundlagen 2.Mobile Wärmespeicher Grundidee Konzeptvergleich Zeolith/PCM Forschungsvorhaben Wirtschaftlichkeitsanalyse

13 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Mobile Wärmespeicher BHKW Müllverbrennung Industriebetrieb Lade- station Zeo Klimatisierung Schwimmbäder Trocknung … Nutzer A Nutzer B Zeo + Nutzer C, D, … Zeo LKW + Container

14 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. 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 Forschungsprojekt: Abwärmenutzung durch mobile Sorptionsspeicher Mobile Wärmespeicher

15 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Roadmap Wirtschaftlichkeits- rechnung Laborexperimente & Planung BauBetrieb Mobile Wärmespeicher

16 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Umgebauter Standard-Frachtcontainer. Zeolithvolumen18,7 m³ Zeolithmasse 15 t Dicke der Schüttung0,8 m Querschnitt der Schüttung23,2 m² Max. Luftvolumenstrom m³/h Konzept Mobile Sorptions-Speichereinheit Mobile Wärmespeicher

17 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. PCM Masse22 t Container Gesamtgewicht26 t Energieinhalt / Container2.4 MWh Davon latente Wärme1.6 MWh typ. Ladeleistung (90/70°C) 250 kW typ. Entladeleistung (38/48°C) 125 kW typ. Entladeleistung (25/40°C) 220 kW Energieverluste ca. 10 kWh in 24h Andere Systeme ? Fragestellung Technologievergleich: PCM Natriumacetat, Schmelzpunkt 58°C PCM Wärmetauscher Wärmeträger- fluid

18 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Typische Kostenstruktur Mobile Wärmespeicher

19 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Mobile Wärmespeicher Resultierende Energiekosten

20 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Lade- station Nutzer Nutz- energie 100% 10.5% Hilfsenergie, Transport Brenn- stoff 105% Abwärme 132% Zeo Energiefluss-Diagramm COP > 9 bezüglich Hilfsenergie ! Mobile Wärmespeicher

21 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. CO 2 -Emissionen Mobile Wärmespeicher

22 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. 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 Zusammenfassung

23 © Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dank


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