Saisonale, thermochemische Wärmespeicherung basierend auf dem CaO/Ca(OH)2-Reaktionssystem

Abstract

Die thermochemische Speicherung von Wärme, mit der reversiblen Calciumoxid/Calciumhydroxid-Reaktion, bietet die Chance einer verlustfreien, saisonalen Wärmespeicherung als Basis für eine Steigerung des regenerativen Anteils im Wärmesektor, durch die Speicherung von elektrischem Strom aus regenerativen Systemen und dem Regelenergiemarkt. In dieser Arbeit wird die Feststoff-Flüssigkeit Reaktion von Calciumoxid mit Wasser hinsichtlich Reaktivität, Dichteänderung, Volumenänderung, Wärmeumsatz, zyklischem Verhalten, Lagerbeständigkeit und die Unterschiede der Hydratation mit destilliertem Wasser, entionisiertem Wasser und Leitungswasser untersucht. Die in den Versuchen ermittelten Schüttdichten für Calciumoxid und Calciumhydroxid ergeben für Reinmaterial eine volumetrische Speicherdichte von 121 kWh/m³ für Calciumoxid und 94 kWh/m³ für Calciumhydroxid. Die Reaktion ist bei der Hydratation mit destilliertem Wasser vollkommen reversibel. Bei der Nutzung von Leitungswasser kommt es zu Anlagerungen im Bereich von ca. 1-2 Prozent bei 5 Zyklen. Die Hydratation ist aus energetischer und prozesstechnischer Sicht mit Leitungswasser für die Anwendung mit geringen Zyklenzahlen unbedenklich. Aufbauend auf den Untersuchungen wurde ein Hydratationsreaktordesign basierend auf einen selbstreinigenden Doppelschneckenwärmetauscher als aussichtsreichstes Design identifiziert. Dieses Design ermöglicht eine Kombination mit einem belieben Dehydrationsreaktor durch eine Pulverförderung mit denselben Schnecken in einen angeschlossenen Reaktorraum. Hierfür ist das Pressen des Calciumhydroxids durch ein Widerstandsheizdrahtgitter mit einem Luftwärmetauscher das aussichtsreichste Design. Des Weiteren wird der Aufbau eines Heizsystems aufgezeigt und mit einer Simulation die energetische Plausibilität des Systems für hie häusliche Wärmeversorgung in Kombination mit einer PV-Anlage bewiesen.