Thermische Energiespeicher für Dampfprozesse

Kurzfassung

Industrielle Prozesswärmeanwendungen sowie solarthermische Dampfkraftprozesse bieten ein großes Potential für die Anwendung von thermischen Energiespeichern. Speichersysteme ermöglichen die Wieder¬verwendung von thermischer Energie bei zyklischen Prozessen sowie die ständige Bereitstellung von solar erzeugter Energie. Der Großteil der Prozesswärmeanwendungen benötigt Dampfdrücke zwischen 1 und 20 bar was einer Sättigungstemperatur von 100 bis 210 °C entspricht. Im Bereich der solarthermischen Dampf¬kraft¬prozesse werden Speicher für Drücke bis zu 100 bar und Temperaturen bis 310 °C benötigt. Obwohl die Anwendung von Phasenwechselmaterialien (PCM) den Vorteil einer isothermen Energiespeicherung bieten, ist bis heute kein kommerziell verfügbares System für diesen Temperaturbereich erhältlich. Im Projekt DISTOR sowie im Projekt PROSPER werden Speichersysteme für solarthermische Kraftwerke sowie für Prozesswärmeanwendungen entwickelt. Stand der Technik bei der Speicherung von Dampf sind Gefälle- bzw. Gleitdruckspeicher welche von Ruths entwickelt wurden. Diese bestehen aus einem Druckkessel welcher zu ca. 80 Prozent mit Wasser gefüllt ist. Zum Beladen wird heißer Dampf in das Wasser eingeblasen. Die aufsteigenden Dampfblasen kondensieren aus und erwärmen dabei den Wasserinhalt des Speichers. Durch das thermodynamische Gleichgewicht zwischen Wasser und Dampf steigt hierbei der Druck im Speicher an. Zum Entladen des Speichers wird aus dem oberen Bereich des Speichers Dampf entnommen. Der Druck im Speicher sinkt. Durch Siedevorgänge nahe der Wasser¬oberfläche wird neuer Dampf produziert und das thermodynamische Gleichgewicht wieder hergestellt. Die Wärme wird somit sensibel im Wasserinhalt gespeichert. Eine isotherme Speicherung ist vor allem bei Dampfprozessen vorteilhaft. Das Verwenden von Phasen¬wechsel¬materialien (PCM) ist hierfür eine nahe liegende Lösung. Für eine ausreichende Leistungsdichte beim Be- und Entladen des Speichers ist die niedrige Wärmeleitfähigkeit der in Frage kommenden PCMs ein limitierender Faktor. Das DLR arbeitet mit Partnern aus Industrie und Forschung im Rahmen von mehreren nationalen und internationalen Projekten an Konzepten zur Realisierung wirtschaftlicher Speichersysteme. Untersucht wird die Makroverkapselung des PCMs in druckfesten Rohren, das Einbringen von Graphitfolien in Richtung des Wärme¬transportes sowie die Herstellung eines PCM / Graphit Komposits.