Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Weiterentwicklung eines thermochemischen Wärmespeichers für Hochtemperaturanwendungen bis 550°C

Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung eines thermochemischen Hochtemperatur-Wärmespeichers bis zum erfolgreichen Abschluss des Demonstrationsbetriebs, ausgehend von den positiven Ergebnissen des Vorläufervorhabens. In diesem wurden die Entwicklung eines solchen Speichers, eines Versuchsstands für dessen Betrieb, sowie die Weiterentwicklung und Charakterisierung des wärmespeichernden Materials (Mg2FeH6) vorgenommen. Die prinzipielle Funktionsfähigkeit des Speichers konnte aufgezeigt werden.

Aufgrund unerwarteter technischer Probleme konnte das Versuchsprogramm jedoch nicht wie geplant durchgeführt werden. Insbesondere fehlen noch Arbeiten zur Bestimmung der optimalen Betriebsparameter, zu deren Abhängigkeit vom Temperaturniveau der Wärme, sowie Versuchsreihen zur Untersuchung des Langzeitverhaltens.

Die Durchführung eines erweiterten Versuchsprogramms und dessen Auswertung sind die Kernpunkte des vorliegenden Vorhabens. Dazu müssen zunächst die im Vorläufervorhaben identifizierten Probleme und Schwachstellen beseitigt werden.

Begleitend dazu werden experimentelle Arbeiten durchgeführt, mit denen die bisher noch offenen Fragestellungen zur Vorbereitung der Anwendung des Wärmespeichers im Technikumsmaßstab geklärt werden.

Angestrebte Ergebnisse sind die Demonstration der Eignung des Speichers für reale Anwendungen und die Lösung vorhandener Probleme für die Umsetzung der Technologie in die Praxis.

Von den Forschungsergebnissen werden profitieren:

KMU, die innovative Metallhydridpulver herstellen,

Apparatebauer, die ihre Produktpalette erweitern,

im Anlagenbau tätige Unternehmen, die neues Know-How bezüglich Einbindung von dieser Art von Apparaten in bestehende Anlagen mit Wärmespeicher-Bedarf generieren,

Unternehmen, bei denen der Einsatz solcher Speicher zu Energieeinsparungen führt und somit zur Senkung von Brennstoffkosten beiträgt,

KMU mit installierten KWK-Anlagen und der nun neuen Möglichkeit des Einsatzes eines hocheffizienten Hochtemperatur-Wärmespeichers.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel war die Weiterentwicklung eines thermochemischen Wärmespeichers für Hochtemperaturwärme.

Es wurden die Arbeiten zur Behebung von Fehlern und zur Optimierung durchgeführt. Die Anlage wurde anschließend in Betrieb genommen und die Funktionsfähigkeit des Salzschmelzkreislaufs und die Wärmespeicherung demonstriert. Ein längerer Betrieb wurde nicht erreicht, da sich die Salzschmelze als Wärmeträgerfluid für eine Versuchsanlage im Labormaßstab auf Grund zu hoher Störungsanfälligkeit als ungeeignet erwies.

Begleitend durchgeführte Untersuchungen zeigten, dass bei dem Werkstoff 1.4571 in Kontakt mit dem Wärmespeichermaterial Mg/Fe/Mg2FeH6 und H2-Druck ab 450°C Oberflächenkorrosion auftritt. Es besteht F&E-Bedarf für alternative Werkstoffe, Beschichtungen oder Auskleidungen für die Speicherreaktoren.

In weiteren Untersuchungen wurden erstmalig die Wärmeleitfähigkeiten des wärmespeichernden Materials (2Mg/Fe/Mg2FeH6) unter Betriebsbedingungen (Temperaturen bis 520°C, H2- Druck bis 100 bar) untersucht. Dazu wurde eine Wärmeleitfähigkeitsmesszelle weiterentwickelt.

Es wurde die Gleichmäßigkeit der H2-Verteilung in und der H2-Ableitung aus einer Metallhydrid-Schüttung in einem Reaktor in Abhängigkeit von der H2-Verteilungskonstruktion (Sintermetallscheibe am Rohrende oder Sintermetallrohr in der Schüttung) untersucht. Bei der Reaktorlänge von 200 mm ergaben sich keine signifikanten Unterschiede. Damit kann bei der Konstruktion von Reaktorrohren die fertigungstechnisch einfachere Variante der H2-Verteilung gewählt werden.

Die Technologie kann zur Speicherung von Energie aus regenerativem Überschussstrom, in konventionellen Kraftwerken zur Flexibilisierung des Betriebs und in Industrieprozessen zur Effizienzsteigerung eingesetzt werden. In solarthermischen Turmkraftwerken werden zukünftig höhere Betriebstemperaturen zur Steigerung des Wirkungsgrads gefordert. Für alle diese Anwendungen besitzt die Hochtemperatur-Wärmespeichertechnologie ein hohes Anwendungspotenzial.