Thermische Energiespeicher

Thermische Solaranlagen können nur effizient und sinnvoll betrieben werden, wenn die dabei eingefangene Energie für den Anwendungsfall zwischengespeichert werden kann. Weitere Anwendungsfelder der Wärmespeicherung sind auch konventionelle Kraftwerke und die Prozesswärme technisch-chemischer Anlagen.

Hierzu fand am 25.September.2008 im Bürgerzentrum Waiblingen folgender Vortrag, organisiert vom Waiblinger Solarverein statt:

Grundlagen thermischer Energiespeicher

Prof. Dr. Dr.-Ing.(habil) Hans Müller-Steinhagen
Institut für Technische Thermodynamik
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik
Universität Stuttgart

Das Script dazu, mit vielen Diagrammen und Bildern, kann hier als PDF-Datei (4,38 MByte) aufgerufen werden.

Aus dem Inhalt – Überblick:

• Einsatz von Speichern
• Arten und Einteilung von Speichern
• Wärmespeicher für den Gebäudebereich
• Kenngrößen für Wärmespeicher
• Wärmespeicher für Prozesswärme
• Wärmespeicher für Kraftwerke

Im Detail folgende Themen (Seiten):

• Energiebedarf in Deutschland
• Einsatz von Speichern
• Beispiele: Kurzzeitspeicher, Stundenspeicher und Saisonalspeicher
• Grundlegende Material- und Auslegungsaspekte
• Herausforderung an Wärmespeichertechnologien: Breites Anwendungsprofil
• Arten und Einteilung von Wärmespeichern
• Möglichkeiten der Speicherung von Wärme
• Zusdammenhang zwischen Temperatur und Enthalpie von Wasser
• Sorptionsspeicher
• Gas / Feststoff-Reaktionen
• Vorteile Thermo-Chemischer Speicherung
• Wärmespeicherung im Gebäudebereich bei Temperaturen von 40°C bis 80°C
• Warmwasserspeicher für Ein- und Zweifamilienhäuser
• Prinzipieller Aufbau und Kenngrößen eines Solarspeichers
• Wärmeübertragungsvermögen kA_WT interner WT

• Wärmeverluste und Speichertemperatur
• Vorteile einer thermischen Schichtung im Speicher
• Schichtladeeinrichtungen
• Einfluss der Kollektorfläche und des Speichervolumens
• Vergleich der Energiedichte verschiedener Wärmespeichermechanismen
• Erhöhte Speicherdichte mit Phasenwechselmaterialien (PCM)
• PCM / Graphit-Verbundmaterialien
• AEE Intec Silikagel Sorptionswärmespeicher
• ITW monolythischer Sorptionsspeicher
• Speichertechnologien im Vergleich
• Verschiedene Bauarten saisonaler Wärmespeicher
• Saisonale Wärmespeicherung: Kosten
• Wärmespeicherbedarf für Prozesswärme

• Entwicklung von Speicherkonzepten
• Fest- und Flüssigwärmespeicher für höhere Temperaturen
• Prozess mit Dampf als Arbeitsmedium – Sensibler Wärmespeicher und Latentwärmespeicher
• Stand der Technik – “Ruths Speicher”
• Graphit-Salz-Kompositmaterialien
• Latentspeicher für Prozesswärme – Lamellen Design
• Entwicklungslinie für PCM-Speicher
• Wärmespeicherung in der Kraftwerkstechnik
• 50 MW Solarthermisches Kraftwerk ANDASOL 1 (PDF-Datei, 517 kByte)
• Wärmespeicheranwendungen für Kraftwerke und KWK
• Wärmespeicher für Temperaturen bis 1000°C

Zusammenfassung

• Wärmespeicher sind ein zentrales Element für effektives Energiemanagement im Bereich Klimatisierung, Wärme- und Strombereitstellung.

• Sie sind für verstärkte Nutzung der Sonnenenergie unverzichtbar.

• Kommerziell verfügbare Speichertechnik erfüllen nur eingeschränkt die für einen breiten Ansatz geforderte Effizienz, Energiedichte, Lebensdauer und Kosten.

• Benötigt wird ein breites Portofolio an Speichertypen, -Materialien und -Auslegungsmethoden.

• Um diese Ziele mittelfristig zu erreichen sind verstärkte, kontinuierliche und koordinierte Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erforderlich.

• Zielsetzung muss die Optimierung des Gesamtsystems und nicht der einzelnen Anlagenkomponenten sein.