Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kurzzeit Wärme- und Kältespeicher in der Industrie

In a lot of industrial processes heat is released at certain moments that could be reused at a later time, provided that temporary storage is possible. The goal of this project is the enumeration, evaluation and demonstration of the current and near future solutions for this. Existing storage techniques, like water or steam buffers, are used as comparative basic principles for aspects like temperature levels, heat loss, capacity/volume ratio, safety, durability and cost. Special attention is given to various PCMs (Phase Changing Materials) and storage through reversible endothermic/exothermic thermo-chemical reactions. Another important objective is the research into “system integration”. The heat or cold has to be absorbed, stored and released within a certain time frame and with a certain capacity and power (charge and discharge rate). Adapted simulation software will be developed to find optimized storage properties for a given process. The main focus regarding cold storage will be negative temperatures, also through PCMs, seeing as ice water and ice accumulation are already well known.

A demo high temperature heat buffer will be set up linked to an existing Organic Rankine Cycle (ORC) test bench in Ghent University. The technical and economic feasibility of heat/cold storage will be investigated using case studies. Furthermore, its utility in the field of variable electricity and gas prices (spot and balancing market) will be verified.

Based on price estimations found in literature, the economic prospects are of heat storage systems are advantageous. In addition, parallel to the general tendency towards an energy transition, a phasing out of fossil fuels is recommended and the “all electric factory” option increasingly gains attention. When companies will generate all the required heat with (mainly renewable) electricity, storage will become crucial part. This social challenge was an important motive to propose this project at the current time.

Ergebniszusammenfassung:

Das Projekt liefert Entscheidungshinweise und Auslegungsmethoden für die Einbindung thermischer Speicher in industrielle Prozesse. Sowohl die Erkenntnisse über zu verwendenden Speichermaterialien und -geometrien als auch die über die Integration in Prozesse unterstützen Ingenieurdienstleistern oder Industrieanlagenbetreibern bei der Auslegung. Das im Projekt entwickelte Entscheidungstool liefert eine erste Einschätzung, wie viel Primärenergie durch den Einsatz thermischer Speicher eingespart werden kann. Dieses Tool steht interessierten Anwendern online zur Verfügung. Auch die Methodik zur vereinfachten Auslegung von Speichern und Wärmeübertragernetzwerken reduziert den Arbeitsaufwand der Unternehmen.

Die Ergebnisse bezüglich der Integration von Hochtemperaturfeststoffspeichern sind vor allem für Industriezweige mit Direktbefeuerung, wie Metallerzeugung, Ziegel-, Zement- und Kalkherstellung, aber auch Prozesszweige mit indirekter Hochtemperaturnutzung, wie Papier-, Nahrungsmittel- und Tabakindustrie, dienlich. Die Ergebnisse erleichtern den entsprechenden Unternehmen die Entscheidung über die Integration eines thermischen Speichers in ihr Energiesystem und die Dimensionierung des Speichers. Durch die Klassifizierung der unterschiedlichen Ziegelherstellungsprozesse und deren wirtschaftlichen Potentials bei der Abluftspeicherung können die Ergebnisse für derartige Prozesse als erste Machbarkeitsstudie verwendet werden.

Die entwickelten Systemoptimierungsmethoden wurden in einem Softwaredemonstrator prototypisch implementiert und für die Fallstudien eingesetzt. Durch die Verfügbarkeit dieser Methoden in Form eines Softwaredemonstrators ist es Betreibern und Planern von Energiesystemen möglich, die Integration von Speichern in Ihre eigenen oder Energiesysteme von Kunden zu analysieren. Die Einbindung der Ergebnisse in einen Optimierungsalgorithmus erlaubt es den Anwendern eine neuartige Dienstleistung zu erbringen.