Untersuchung und Weiterentwicklung eines Festbettreaktors zur thermochemischen Energiespeicherung

Kurzfassung

Thermische Energiespeicher kommen in Kraftwerken, solarthermischen Prozessen und in der Abwärmenutzung zur Anwendung und liefern dadurch einen essenziellen Beitrag zur Energieeinsparung, Ressourcenschonung und Verringerung von Treibhausgasemissionen. Die Vorteile thermochemischer Speicher liegen im Erzielen hoher Speicherdichten, einer prinzipiell verlustfreien Speicherung sowie der Möglichkeit der Wärmetransformation. Das Speicherprinzip beruht dabei auf reversiblen Gas-Feststoff-Reaktionen. Die im Rahmen aktueller Arbeiten adressierte Niedertemperaturspeicherung von Prozessabwärme erfordert reversible chemische Reaktionen bei Temperaturen zwischen 80 und 200°C. Hierfür wurde das System CaCl2 und Wasserdampf bereits als Referenzmaterial identifiziert und charakterisiert. Ein Teststand wurde aufgebaut, der die Infrastruktur für einen Festbettreaktor darstellt. Im Fokus der Arbeit steht die Untersuchung eines Rohrbündelwärmeübertragers mit dessen Vorteilen und Limitierungen bezüglich der Leistung und der Temperaturen beim Be- und Entladen des Speichers. Aus diesen Erkenntnissen soll eine Weiterentwicklung des Reaktorkonzepts erfolgen. Ziel ist es mit diesem Speicher eine Transformation der Wärme von ca.130 auf 180°C zu ermöglichen. Im Mittelpunkt liegen dabei die experimentellen Be- und Entladungszyklen mit dem Rohrbündelfestbettreaktor unter unterschiedlichen Randbedingnungen mit dem Fokus auf Leistungsverläufe der Teilzyklen, Erreichbare Temperaturniveaus, Limitierungen, die eine schnelle und effiziente Beladung des hemmen. Aus diesen Erkenntnissen soll eine Weiterentwicklung des Reaktorkonzepts erfolgen. Dieses soll in einen Teststand zur thermochemischen Energiespeicherung eingebunden werden. Die Inbetriebnahme des Teststands und erste Messreihen mit dem weiterentwickelten Reaktor schließen die Arbeit ab.