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Veröffentlicht von:Harman Wollenweber Geändert vor über 10 Jahren
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Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern
Georg Storch, Andreas Hauer ZAE Bayern Technik für Energiesysteme und erneuerbare Energie
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Gliederung Grundlagen Mobile Wärmespeicher
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Gliederung Grundlagen Adsorption Offene Sorptionssysteme Zeolith Stationärer Speicher Mobile Wärmespeicher
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Motivation Industrielle Abwärme Nutzungshindernisse: Temperaturniveau
zeitliche Verfügbarkeit räumliche Trennung Kumulierte prozesstechnische Abwärmeleistung in den Niederlanden. Quelle: Energy Research Centre of the Netherlands
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Grundlagen: Adsorption
Anlagerung von Wasserdampf an der inneren Oberfläche mikroporöser Materialien Wassermoleküle Wärme Adsorption Desorption Adsorbens Oberfläche
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Grundlagen: Offene Sorptionssysteme
Wasserdampf / Zeolith Betrieb bei Umgebungsdruck Zeolithpellets in Festbettschüttung Luft als Trägergas für Wärme- und Stofftransport Desorption Laden Entladen Adsorption Luft + Wasser Luft + Wasser Verdampfungs- wärme Kondensations- wärme Zeolith Luft Desorptions- wärme Luft Adsorptions- wärme
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Grundlagen: Warum Zeolith?
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Moleküldurchmesser H2O: 2.6 Å
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 t Für Sorptionsanwendungen in offenen Systemen meist als Pellets Zeolith A Porendurchmesser Å Zeolith X/Y Porendurchmesser Å Moleküldurchmesser H2O: 2.6 Å
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Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub
0.28 Beladung Zeolith Austritt Adsorption 0.2 0.1 Eintritt Adsorption 0.04 0.01 Eintritt Desorption Eintritt Adsorption
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Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub
=0.95 Speicherdichten bis zu 270 kWh/t und Austrittstemperaturen bis zu 200°C erreichbar !
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Projekterfahrungen: Stationärer Speicher
System Adsorbens kg Zeolith 13X Tankvolumen 10 m³ Luftstrom m³/h Therm. Leistung kW (max.) Speicherdichte Q = 124 kWh/m³ (81 % des theor. Werts) Leistungszahl COPth= (86 % des theor. Werts)
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Gliederung Grundlagen Mobile Wärmespeicher Grundidee Konzeptvergleich Zeolith/PCM Forschungsvorhaben Wirtschaftlichkeitsanalyse
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Mobile Wärmespeicher BHKW Klimatisierung Müllverbrennung Schwimmbäder
Nutzer A Nutzer B Lade- station Zeo LKW + Container Zeo Zeo + Nutzer C, D, … BHKW Müllverbrennung Industriebetrieb Klimatisierung Schwimmbäder Trocknung …
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Forschungsprojekt: Abwärmenutzung durch mobile Sorptionsspeicher
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
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Wirtschaftlichkeits-
Mobile Wärmespeicher Roadmap Wirtschaftlichkeits- rechnung Laborexperimente & Planung Bau Betrieb
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Konzept Mobile Sorptions-Speichereinheit
Mobile Wärmespeicher Konzept Mobile Sorptions-Speichereinheit Umgebauter Standard-Frachtcontainer. Zeolithvolumen 18,7 m³ Zeolithmasse t Dicke der Schüttung 0,8 m Querschnitt der Schüttung 23,2 m² Max. Luftvolumenstrom m³/h
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Andere Systeme ? Fragestellung Technologievergleich: PCM
Natriumacetat, Schmelzpunkt 58°C PCM PCM Masse 22 t Container Gesamtgewicht 26 t Energieinhalt / Container 2.4 MWh Davon latente Wärme 1.6 MWh typ. Ladeleistung (90/70°C) 250 kW typ. Entladeleistung (38/48°C) 125 kW (25/40°C) 220 kW Energieverluste ca. 10 kWh in 24h Wärmeträger- fluid Wärmetauscher Andere Systeme ?
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Typische Kostenstruktur
Mobile Wärmespeicher Typische Kostenstruktur
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Resultierende Energiekosten
Mobile Wärmespeicher Resultierende Energiekosten
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Energiefluss-Diagramm
Mobile Wärmespeicher Energiefluss-Diagramm Lade- station COP > 9 bezüglich Hilfsenergie ! Abwärme 132% Nutzer Brenn- stoff 105% Nutz- energie 100% Zeo Hilfsenergie, Transport 10.5%
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Mobile Wärmespeicher CO2-Emissionen
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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
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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