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Thermischer Speicher
BMWi
Flüssigsorption 4.7.2016

Die Grafik zeigt die Prozessführungen von Absorber und Regenator.
© HFT Stuttgart

Salzlösung speichert Prozess- und solare Wärme

Wissenschaftler der Hochschule für Technik Stuttgart konstruierten ein

offenes, luftgeführtes Flüssigsorptionsspeichersystem, das sich durch

Prozesswärme oder solarthermische Energie regeneriert. Dazu wurden

Versuchsmuster entwickelt, bestehend aus Regenerator, Absorber und

Flüssigsorptionsspeicher. Diese lassen sich für diverse Kühl-, Heiz- und

Trocknungsanwendungen einsetzen. Bis 2017 soll der Speicher bereits

marktreif sein

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Speichereffekt Sorption (Ad-/Absorptionswärme - Es werden unterschiedliche anorganische und evtl. organische Salzlösungen auf ihr Potenzial zur Energiespeicherung untersucht
Entwicklungsgegenstand Entwicklung geeigneter Absorptions- und Regenerations-Speichereinheiten für die jeweiligen Anwendungsspezifikationen
Projektlaufzeit September 2012 bis Juni 2016

Speicher mit hoher Energiedichte ermöglichen die Verschiebung von Lastspitzen, aber auch eine Verschiebung über längere Zeiträume bei der Gebäudeheizung und Kühlung und bei Trocknungsprozessen. Es kann beispielsweise bei Wärmepumpenanwendungen durch thermochemische Speicher eine Lastverschiebung von der elektrischen auf die thermische Seite erfolgen.

  • Systemskizze Speicherbeladung und -entladung © HFT Stuttgart
  • Anlage zur Erzeugung beliebiger Luftkonditionen © HFT Stuttgart
  • Prüfstand Absorber © HFT STuttgart
  • Die Grafik zeigt die Prozessführungen von Absorber und Regenator. © HFT Stuttgart

Werden die Kühl-, Heiz- und Trocknungsprozesse durch solarthermische Systeme unterstützt, ermöglichen solche Speicher eine deutlich höhere Auslastung von solarthermischen Anlagen, allein durch Anpassung von Bedarf und Erzeugung. Hohe Energiedichten sind dabei essentiell, um nicht nur kurzzeitige Lastspitzen abfangen zu können. Neben den heute üblichen Wasserspeichern mit sensibler Wärmespeicherung bieten Sorptionsspeicher eine deutlich höhere Energiedichte an, sind jedoch noch nicht kommerziell verfügbar. Sorptionsspeicher können besonders die Speicherproblematik luftgeführter Kollektorsysteme deutlich verbessern.

Fokus liegt auf der Be- und Entladung

Im Projekt SorpStor wird ein offenes, luftgeführtes Flüssigsorptionsspeichersystem entwickelt, welches durch Prozessabwärme oder solarthermische Energie regeneriert wird. Dabei werden Demonstratoren bestehend aus Regenerator, Absorber und Flüssigsorptionsspeicher entwickelt, welche für diverse Kühl-, Heiz- und Trocknungsanwendungen eingesetzt werden können und abhängig von den verschiedenen Anwendungsbereichen Stunden-, Tages- oder Wochenspeicherung für die thermische Antriebsenergie ermöglichen. Für eine effiziente Energiespeicherung ist vor allem die Be- und Entladung des Flüssigsorptionsspeichers das zentrale Forschungsthema. Der Fokus liegt dabei auf folgenden Punkten:

  • Entwicklung von innovativen Systemschaltungen zur Lufttrocknung und Klimatisierung mit Speicherfunktion
  • Regelstrategien für Be- und Entladezyklen für Tages-, Wochen und Monatsspeicherung. Energiespeicherung bzw. eine Entkopplung von z. B. vorhandenem Strahlungsangebot und erforderlicher Kälteleistung
  • Herstellung Demonstratoren für Kühl-, Heiz- und Trocknungsanwendungen in zwei verschiedenen Leistungsbereichen
  • Speicherkonzept für Vakuumluftkollektoren
  • Untersuchung von Sorptionsflüssigkeiten, die bisher übliche flüssige Sorptionsmittel ersetzen können
  • Simulationstools für Sorptionseinheiten, Skalierungsmöglichkeit

Die Ergebnisse des Vorhabens sollen im Anschluss durch weitere Forschungsvorhaben zur Marktreife weiterentwickelt werden und mittelfristig ab etwa 2017 in die Produktpalette des Projektpartners Wolf GmbH integriert werden. Denkbar ist auch eine systemtechnische Lösung, die die Integration des Flüssigsorptionsspeichersystems in bestehende marktverfügbare luftgeführte Klima- und Heizungsgeräte erlaubt. Weiterhin soll das Flüssigsorptionsspeichersystem durch die neuartige Speichermöglichkeit von luftgeführten Kollektorsystemen die Vermarktungschancen der innovativen Vakuumluftkollektoren der Firma airwasol, die als Unterauftragnehmer im Vorhaben beteiligt sein wird, deutlich verbessern.

In der ersten Projektphase wurden Anwendungsanalysen von Flüssigsorptionsspeichersystemen für Kühl-, Heiz- und Trocknungs-anwendungen durchgeführt und mögliche Sorbenzien ermittelt und untersucht. Anschließend werden verschiedene Systemkonzepte für die Entwicklung von Sorptionsmodulen zur Speicherbe- und Entladung erarbeitet. Aufbauend auf die labortechnisch untersuchten Sorbenzien und den durchgeführten Analysen zur Speicherdichte und Prozessführung erfolgt in danach die Entwicklung und Konstruktion von Absorptions- und Regenerations-/Speichermodulen. Anhand der durchgeführten Leistungsuntersuchungen der Einzelmodule und des Kollektormoduls erfolgt die Entwicklung der Komplettsysteme von Flüssigsorptionsspeichereinheiten mit Be- und Entladestrategie für die definierten Anwendungsbereiche. Begleitend findet eine Kosten-Nutzen Analyse und wirtschaftliche Bewertung des Komplettsystems statt.

Arbeitsbereich der Hochschule und des Industriepartners

Teilvorhaben Konzept- und Systementwicklung, Leistungsanalyse:
Die Hochschule für Technik Stuttgart beschäftigt sich mit der Analyse der Speicherdichte unterschiedlicher Flüssigsorptionsmittel und Materialien für den Einsatz in Sorptionsspeichersystemen und entwickelt in Prüfständen für die jeweiligen Anwendungskonzepte optimierte Prozessführungen mit verschiedenen Trägermaterialen und Verteilsystemen für das Sorptionsmittel. Anhand der Untersuchungsergebnisse werden an der HFT Stuttgart verschiedene Konzepte für Absorber- und Regenerator-Module zur Speicherbe- und Entladung erarbeitet und Simulationsmodelle für die jeweiligen Prozessführungen entwickelt. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Wolf GmbH werden Gesamtkonzepte von Flüssigsorptionsspeichersystemen mit Be- und Entladestrategien erarbeitet. Für die Leistungsanalyse werden vom Projektpartner Sorptionsmodule und die Demonstratoren der Gesamtsysteme konstruiert und im Lüftungsprüfstand der HFT Stuttgart analysiert und optimiert.

Teilvorhaben Planung, Konstruktion und Wirtschaftlichkeitsanalyse:
Die Firma Wolf führt eine Anwendungsanalyse für Flüssigsorptionsspeichersysteme durch und schätzt das Marktpotenzial für Heiz-,Kühl- und Trocknungsanwendungen ab. Weiterhin wird der Projektpartner Wolf GmbH die Konzeptentwicklung von Flüssigsorptionsspeichersystemen unterstützen und die Konstruktion der dimensionierten Absorber-, Regenerator-Module und der Gesamtsysteme übernehmen. Begleitend über die gesamte Projektlaufzeit werden von der Wolf Kosten-Nutzen-Analysen der Entwicklungsergebnisse und eine Wirtschaftlichkeitsbewertung der entwickelten Gesamtsysteme durchgeführt.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

29. November 2017
RENEXPO® PV & StromSpeicher

5. Dezember 2017
Intersolar India

24. Januar 2018
6. Batterieforum Deutschland

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.