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Thermischer Speicher
BMWi
Große Warmwasserspeicher 12.4.2017

Kaltwasserspeicher in Segmentbauweise, 3.500 m³, Zentrale Kälteversorgung Chemnitz
© Thorsten Urbaneck

Segmentbauweise senkt Baukosten für Tankspeicher

Große Warmwasser-Tanks haben sich als effiziente und zuverlässige Wärmespeicher für die Kraft-Wärme-Kopplung, in Solaranlagen und für industrielle Prozesse bewährt. Im Projekt OBSERW wollen Wissenschaftler die Baukosten solcher Speicher senken. Dazu entwickeln sie eine Segmentbauweise für oberirdische Tankspeicher mit 500 bis 8.000 Kubikmeter Fassungsvermögen.

Projektstatus Demonstartorentwicklung
Speichereffekt Temperaturänderung (sensible Wärme)
Speicherkonstruktion Stahl, Segmentbauweise, oberirdisch, 500 bis 8.000 m³
Temperaturtyp Niedertemperatur
Speicherung/Ladung Direkt
Zyklenzahl 1/d
Ladetemperaturbereich 98 bis 40 °C
Entladetemperaturbereich 98 bis 40 °C
Speicherkapazität 1.792 GJ (8.000 m³; 95/40 °C)
Energiespeicherdichte 4,1 MJ/m³K
Projektlaufzeit November 2014 bis Februar 2018

Große Tankspeicher sichern in vielen Anwendungen eine effiziente Wärmeversorgung. Ihre Wirtschaftlichkeit wird wesentlich von den Baukosten bestimmt. Diese sollten sich durch Segmentbauweise deutlich senken lassen.

Die Segmentbauweise hat sich bei Kaltwasserspeichern bereits bewährt. Beispielsweise betreibt die eins energie in sachsen seit 2007 einen oberirdischen Speicher für 3.500 m³ Kaltwasser mit direkter Be- und Entladung. Im Tank wird eine thermische Schichtung erzeugt und erhalten. Unten befindet sich eine Zone mit kaltem Wasser (ca. 5 °C) und oben eine Zone mit warmem Wasser (ca. 13 °C), die sich je nach Ladezustand im Speicher verschieben. Der Tankspeicher ist vollflächig wärmegedämmt, um Verluste über die Oberfläche zu vermeiden.

Vorteile des Kaltwasserspeichers

Die Projekte mit großen Kaltwasserspeichern zeigten die praktischen Vorteile dieser Speicherbautechnologie:

  • flexible Anpassung der Speichergröße und -form,
  • hohe Dynamik der Be- und Entladeleistung,
  • effektive Nutzung des Speichervolumens mit Schichtungsbetrieb und Einhaltung der geplanten Entladetemperaturen,
  • eine gute Anpassung an den jeweiligen Einsatzfall (Stadtwerke, Nahversorgungssysteme, Industrie),
  • eine schnelle und rationelle Errichtung mit minimalem Materialeinsatz,
  • niedrige Folgekosten (einfache Zulassung, Betrieb, Überwachung usw.),
  • Möglichkeit zur Reparatur (gegenüber unterirdischen Speichern),
  • sehr gute Qualitätskontrolle in der Vorfertigung und auf der Baustelle.

Neue Lösungen für Warmwasserspeicher

Die Erfahrungen mit Kältespeichern lassen sich nicht vollständig auf Wärmespeicher übertragen, bei denen die Wassertemperaturen bis zu 98 °C erreichen. Beispielsweise müssen temperaturbeständige Dichtungen der Segmente und neue konstruktive Lösungen erarbeitet werden.

Dieses Ziel verfolgt das Verbundvorhaben „Oberirdische Speicher in Segmentbauweise für Wärmeversorgungssysteme“ (OBSERW). Durch die Untersuchung und den Test geeigneter Werkstoffe, der vollkommenen Überarbeitung der Speicherkonstruktion und Speicherbautechnik und der Weiterentwicklung der Be- und Entladetechnik wollen die Forscher leistungsfähige Speicher mit günstigen Investitionskosten entwickeln. Neben den energetischen Anforderungen können solche Speicher systemdienliche Leistungen wie die Druckhaltung, Stabilisierung des Betriebs, oder den Notbetrieb erbringen.

Die Forscher streben ein Baukonzept an, das sich für möglichst viele Anwendungen eignet und an unterschiedlichen Orten kostengünstig umsetzbar ist. Es wird sich, mit leichter Anpassung, sowohl für Kurzzeit- als auch für Langzeitspeicher eignen. Die Wärmespeicher sollen sich durch niedrige Wärmeverluste auszeichnen und hohe Ladeleistungen ermöglichen. Die dauerhafte Dichtheit und der Erhalt der Wasserqualität sind weitere Kriterien für eine hohe Funktionalität. Für vergleichsweise niedrige Speichererrichtungskosten minimieren die Wissenschaftler den Materialeinsatz und erarbeiten rationelle Umsetzungsprozesse.

Projektziele

  • Test von Dicht- und Wärmedämmstoffen sowie Wandaufbauten
  • Weiterentwicklung von Be- und Entladesystemen inklusive hydraulischer Integration
  • vollkommene Überarbeitung der Speicherkonstruktion und der Bautechnologie
  • Entwicklung eines Demonstrators und praxisnaher Test aller Komponenten
  • Verbesserung der Planung und Berechnung sowie Simulation
Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

23. Oktober 2017
E-Mobility Power System Integration Symposium

24. Oktober 2017
Wirtschaftliche Energiespeicher

7. November 2017
Energiespeicher & Wärmepumpentechnologie

» Alle Termine

Projektadressen

Ansprechpartner
  • Dr. Thorsten Urbaneck
    Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Professur Technische Thermodynamik
Weitere Adressen

Infobox

Forschungsförderung

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