FENOPTHES – Füllkörperentwicklung und -optimierung für thermische Speicher

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Optimierung kosteneffizienter Füllköpermaterialien für Hochtemperaturspeicher auf Phosphatbinderbasis sowie das Testen eines Hochtemperaturspeichers in einer industriellen Anwendung. Das Anwendungsgebiet der Füllkörper sind thermische Speicher für die Abwärmenutzung sowie solarthermische und fossile Kraftwerke mit Thermalöl oder Salzschmelze als flüssigem Speichermedium oder mit gasförmigen Wärmeträgermedien wie Luft.

Füllkörper als Speichermedium in thermischen Speichern können andere, teure Speichermedien ersetzen oder die Speichereigenschaften verbessern. Die hier untersuchten Füllkörper bestehen aus Phosphatbinder, Additiven und Füllstoffen. Als Füllstoffe und Additive können diverse Materialien eingesetzt werden, wodurch anwendungsoptimierte Eigenschaften bei geringen Materialkosten herbeigeführt werden können. Im Projekt werden unterschiedliche Füllkörpergeometrien hergestellt, um den Einfluss der Geometrie auf die thermische Effizienz des Speichers zu untersuchen. Zunächst wurde die Kompatibilität der Füllkörper mit unterschiedlichen Hochtemperaturmedien anhand von Auslagerungsversuchen untersucht. Anschließend wurden chemische Analysen der Füllkörper und Fluide sowie eine Prüfung der mechanischen Stabilität der Füllkörper durchgeführt. Die unterschiedlichen Füllkörperkonfigurationen wurden parallel zunächst nicht mit Hochtemperaturmedien wie Thermalöl oder geschmolzenem Salz vermessen, sondern in einem Teststand mit Wasser umströmt und so charakterisiert. So zeigen unterschiedliche Füllkörperkonfigurationen unterschiedliche Temperaturprofile und zeitliche Verläufe bei zyklischer Be- und Entladung der Speicher (vgl. Abbildung). Eine ausgewählte Konfiguration der Füllkörper wurde zusätzlich in einem Salzschmelzespeicher vermessen. Dazu wurde die bestehende Salzschmelze-Infrastruktur um einen zusätzlichen Speicher erweitert, der die Möglichkeit bietet Füllkörper einzubringen

Durch diese Speichertechnologie soll die Energieeffizienz industrieller Prozesse durch zeitlich entkoppelte Nutzbarmachung rückgewonnener Wärme verbessert werden.

Der Aufbau und Betrieb eines Demonstrators, bei dem die Technologie in einer industriellen Anwendung erprobt wird, dient zum Aufzeigen der Effizienz und Zuverlässigkeit dieser Technologie, damit deren Markteintrittshürden gesenkt werden.

Das Fraunhofer ISE koordiniert das Projekt, ist federführend für die numerische und experimentelle Untersuchung mechanischer und thermischer Eigenschaften von Zwei-stoffspeichern und unterstützt die Materialentwicklung sowie die Systemintegration eines Speicherprototypen. Der Prototyp, der bei der Comet Schleifscheiben GmbH entstand, dient der Zwischenspeicherung der Abwärme aus dem Brand keramischer Schleifscheiben bis zur Reintegration in den Prozess.