FENOPTHES – Füllkörperentwicklung und -optimierung für thermische Speicher

Laufzeit: 3/2019 - 8/2022
Auftraggeber /
Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner:

KRAFTBLOCK GmbH, Comet Schleifscheiben GmbH

Projektfokus:
Bestehendes Eintank-Salzschmelzespeichersystem welches im Projektverlauf für Versuche mit dem Zweistoffspeicher umgerüstet wird.
© Fraunhofer ISE
Bestehendes Eintank-Salzschmelzespeichersystem welches im Projektverlauf für Versuche mit dem Zweistoffspeicher umgerüstet wird.
Installation von zusätzlicher Messtechnik zur Identifizierung des Abwärmepotentials bei der Comet Schleifscheiben GmbH.
© Fraunhofer ISE, Foto: Martin Karl
Installation von zusätzlicher Messtechnik zur Identifizierung des Abwärmepotentials bei der Comet Schleifscheiben GmbH.
Ansicht einer Probe des Füllkörpermaterials.
© Fraunhofer ISE
Ansicht einer Probe des Füllkörpermaterials.

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 wird zusätzlich in einem Salzschmelzespeicher vermessen werden. Derzeit laufen die dafür nötigen Umbaumaßnahmen an der bestehenden Salzschmelze-Infrastruktur. In den anstehenden Tests werden u.a. auch die mechanischen Belastungen auf die Tankwand untersucht.

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 aufgebaut wird, dient der Zwischenspeicherung der Abwärme aus dem Brand keramischer Schleifscheiben bis zur Reintegration in den Prozess.

Temperaturprofile in einem Eintank-Speicher mit Füllkörpern und Wasser als Testfluid
© Fraunhofer ISE
Temperaturprofile (relative Temperatur über die relative Höhe im Speicher) in einem Eintank-Speicher mit Füllkörpern und Wasser als Testfluid. Gezeigt sind die Profile nach einer Anzahl (C#) von Zyklen der Beladung (jeweils obere Kurven) bzw. Entladung (jeweils untere Kurven). Solche Versuche dienen der Charakterisierung von Schüttungen der einzelnen Füllkörperkonfigurationen.