Experimentelle Untersuchung eines Reaktors zur thermochemischen Wärmespeicherung für den Hochtemperaturbereich

Kurzfassung

Effiziente und kostengünstige thermische Hochtemperaturwärmespeicher sind die Voraus-setzung für den wirtschaftlichen Erfolg solarthermischer Kraftwerke und bieten die Möglich-keit, durch eine gezielte Abwärmenutzung die Produktionskosten in industriellen Prozessen zu senken. Thermochemische Wärmespeicher auf Basis von reversiblen Gas -Feststoffreaktionen weisen durch wesentlich höhere Energiespeicherdichten, deutlich geringe-re Wärmeverluste und einer regelbaren Entladeleistung bedeutende Vorteile gegenüber fühl-baren und latenten Energiespeichern auf. Die Verfügbarkeit unterschiedlicher Reaktionssys-teme ermöglicht zudem die Reaktionstemperatur den entsprechenden Prozessbedingungen anzupassen. Im Fokus dieser Arbeit steht die Untersuchung der Dehydratisierung von Calciumhydroxid zu Calciumoxid und deren exotherme Rückreaktion. Aufgrund von Reaktionstemperaturen zwischen 400 °C und 550 °C und einer theoretischen Energiespeicherdichte von bis zu 438 kWh/m3 stellt dieses Reaktionssystem eine vielverspre-chende Alternative zu Flüssigsalzspeichern für die Anwendung in solarthermischen Kraftwer-ken dar. Um die Einsetzbarkeit dieses Reaktionssystems als Wärmespeicher im Technikumsmaß-stab zu demonstrieren, wurde am Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zent-rums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) eine Versuchsanlage zur thermochemischen Wär-mespeicherung auf Basis von reversiblen Gas - Feststoffreaktionen entwickelt. Diese Arbeit befasst sich mit dem Aufbau und der Inbetriebnahme der Testumgebung so-wie die experimentelle Untersuchung des Ca(OH)2/CaO - Speicherreaktors. Anhand der durchgeführten Versuche konnte gezeigt werden, dass mittels der endothermen Reaktion Wärmeenergie in den Speicher eingebracht und durch die exotherme Rückreaktion wieder freigesetzt werden kann. Somit wurde die Funktion eines thermochemischen Wärmespeichers mit einer Leistung von bis zu 5 kWth erstmals in dieser Größenordnung unter Beweis gestellt.In weiteren Untersuchungen zeichnete sich das System durch eine gute Regelbarkeit zwischen Nenn- und Maximallast aus. Zusätzlich konnte zwischen der Be- und Entladung des Speichers durch die Variation von Temperatur und Druck des gasförmigen Reaktionspartners eine Wärmetransformation auf ein höheres Temperaturniveau durchgeführt werden.