Experimentelle Untersuchung zur thermochemischen Wärmespeicherung mittels Salzhydraten in einem offenen System

Kurzfassung

Thermochemische Wärmespeicher auf Basis von Salzhydraten ermöglichen die Speicherung thermischer Energie durch reversible Gas-Feststoff-Reaktionen. Ziel dieser Arbeit war es, die grundsätzliche Funktionsfähigkeit eines offenen Salzhydratsystems bei annäherndem Umgebungsdruck experimentell zu untersuchen. Als Referenzmaterial wurde Calciumchlorid eingesetzt. Hierzu wurde ein an die Anforderungen des Systems angepasster Reaktor konstruiert, additiv gefertigt und in einen bestehenden Versuchsstand integriert. Nach der Fertigstellung und Inbetriebnahme des Versuchsstands wurden fünf Hydratationsversuche sowie ein Dehydratationsversuch unter verschiedenen Betriebsbedingungen durchgeführt. Während der Hydratationsversuche wurden deutliche Temperaturanstiege der Salzschüttung auf Maximalwerte von etwa 195 °C erfasst. Gleichzeitig konnte eine Übertragung der freigesetzten Reaktionswärme an das Wärmeträgerfluid nachgewiesen werden. Bei drei Versuchen entsprach die über das Wärmeträgerfluid erfasste Wärmemenge 78 bis 90 % der theoretisch angesetzten Reaktionswärme. Der Dehydratationsversuch zeigte anhand des erhöhten Wasserdampfpartialdrucks am Reaktorausgang, dass das zuvor gebundene Wasser durch Wärmezufuhr wieder freigesetzt werden konnte. Damit wurde die grundsätzliche Funktionsfähigkeit des entwickelten Reaktors und des offenen Salzhydratsystems qualitativ nachgewiesen. Eine abschießende quantitative Bewertung des Systems ist jedoch noch nicht möglich, da der Hydratationszustand des Salzes nicht eindeutig bestimmt werden konnte und bei einzelnen Versuchen Flüssigphasen auftraten. Zudem zeigte sich für Calciumchlorid unter den untersuchten Bedingungen ein enges Betriebsfenster zwischen Hydratation, Deliqueszenz und dem Phasenwechsel des Dihydrats. Für die weitere Entwicklung ist daher eine genauere Regelung der Betriebsbedingungen sowie die Untersuchung alternativer Speichermaterialien erforderlich.