Numerische und experimentelle Analyse der Phasengrenze in thermischen Energiespeichern mit Fest-Flüssig-Phasenwechselmaterial

Abstract

Durch die heutzutage knapper werdenden fossilen Ressourcen, müssen die vorhandenen Energiequellen besser genutzt werden. Vor allem im Bereich der erneuerbaren Energien, welche nicht kontinuierlich verfügbar sind, bedeuten Speicher eine Effizienzsteigerung, wodurch ihr Anteil am Gesamtenergiebedarf gesteigert werden kann. Durch den Einsatz von thermischen Energiespeichern können Kosten und Ressourcen geschont werden. Dabei besitzen latente Wärmespeicher eine höhere Energiedichte als sensible Speicher. Besonders in solarthermischen Kraftwerken können Speicher mit Phasenwechselmaterial somit eine Effizienz- und Ausnutzungssteigerung bedeuten. Zur Untersuchung des Aufschmelzvorganges wird in der vorliegenden Arbeit die Phasengrenze visualisiert. Hierfür wird ein zweidimensionales Modell eines vorhandenen Versuchsstandes simuliert. Die Untersuchung umfasst das Hochtemperatur Speichermaterial Kaliumnitrat-Natriumnitrat (KNO3-NaNO3) und das Niedertemperaturmaterial Laurinsäure (C12H24O2). Die numerische Untersuchung erfolgt mit beiden Speichermaterialien, die experimentelle Untersuchung mit Laurinsäure. Die Beheizung der Versuchskammer in den Simulationen und den Experimenten erfolgt mit einer kontinuierlichen Heiztemperatur an zwei gegenüberliegenden Seiten. Die Versuche werden mit den Simulationen anhand der Temperaturverläufe an zwei Messpunkten und Schattenbildaufnahmen verglichen.