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Entwicklungen auf dem Gebiet der Kompakten Wärmespeicher in Österreich

Wim van Helden, Georg Engel, Waldemar Wagner

AEE INTEC führte das durch die EU geförderte Forschungs- und Entwicklungsprojekt COMTES durch, ein vierjähriges Projekt, das am 31. März diesen Jahres abgeschlossen wurde [1]. Drei verschiedene Technologien für die saisonale Speicherung von solarer Wärme wurden in diesem Projekt parallel entwickelt. Drei industrielle Unternehmen arbeiteten mit sieben Forschungseinrichtungen zusammen, um die Speicherprinzipien bis zu Testanlagen im Labor weiterzuentwickeln.

Abbildung 1: Testanlage bei AEE INTEC in Gleisdorf mit der die Erhöhung der Speicherkapazität eines Zeolithspeichers untersucht wird. Teil des durch den Klimafonds geförderten Projektes Tes4seT. Quelle: AEE INTEC

Eine Gruppe arbeitete an Flüssig-Sorption mit Natronlauge, beschrieben im Beitrag von Benjamin Fumey in dieser Ausgabe. Das zweite Prinzip auf Basis eines Phasenwechselmaterials wird im Artikel von Hermann Schranzhofer erläutert. Das dritte System, Feststoffsorption mit Zeolith, wurde von der Universität Stuttgart und der Technischen Hochschule Wildau, dem Unternehmen Vaillant GmbH und AEE INTEC bearbeitet.

Das Prinzip funktioniert wie folgt: Im Sommer wird die Wärme vom Solarkollektorfeld zum Sorptionsspeicher geführt um damit den Wasserdampf aus dem Zeolithspeicher zu trieben. Der Wasserdampf wird kondensiert und in einem getrennten Behälter aufbewahrt. Das trockene Zeolith und der kondensierte Wasserdampf können jetzt für beliebige Zeit ohne Verlust gespeichert werden. Im Winter wird Wärme von einer Niedertemperaturquelle genutzt um mit dem Verdampfer Wasser zu verdampfen. Wenn der Dampf durch das getrocknete Zeolith aufgenommen wird, entsteht wieder Wärme, die dann im Gebäude eingesetzt werden kann. Das Wasser kann im Winter aufgrund des Vakuums in der Anlage mit niedrigen Temperaturen verdampft werden. Die größten Herausforderungen in der Entwicklung waren die Erzeugung und der Transport des Wasserdampfs, die Wärmeübergabe im Zeolithspeicher, das Vakuum der Anlage und die Systemsteuerung. Auf den meisten Gebieten konnte das Team gute Fortschritte erzielen, was dazu geführt hat, dass die Anlage in den Systemtests des letzten Jahres sehr gute Wirkung gezeigt hat (siehe Grafik).

Die Ergebnisse und Erfahrungen aus dem COMTES Projekt werden in dem durch den Klimafonds unterstützten nationalen Leitprojekt Tes4seT (Thermal Energy Storage for Sustainable Energy Technologies) weitergeführt, in dem fünf Forschungsinstitute und dreizehn Industriebetriebe in insgesamt fünf Entwicklungslinien zusammenarbeiten. Es werden kompakte Speichertechnologien für die Anwendungsgebiete Gebäude, Industrie und Mobilität entwickelt.

Abbildung 2: Schema der Testanlage für saisonale solarthermische Speicherung auf Basis von Feststoffsorption. Hauptelemente sind die Solarkollektoren, die zwei große Behälter mit Zeolith, der Verdampfer/Kondensator und die Wasservorlage. Quelle: AEE INTEC

Gemeinsam mit anderen Projektpartnern entwickeln GREENoneTEC und AEE INTEC das Umladeverfahren weiter. Dazu ist ein Prüfstand entworfen und gebaut worden (siehe Titelbild). Mit diesem Prüfstand werden die optimalen Bedingungen für eine effiziente Anlage getestet. In einem nächsten Schritt wird dann eine Demonstrationsanlage gebaut und getestet.

Abbildung 3: Die gemessene Speicherdichte in Abhängigkeit der Temperatur der Solarkollektoren und der Entnahmetemperatur. Der Zielwert von 160 kWh/m³ wurde im System erreicht und mit Umladen, einem optimierten Reglungsverfahren, sind (Welt)Rekordspeicherdichten für eine derartige Anlage erreicht worden [2]. Quelle: AEE INTEC

Zwei Linien des Projekts Tes4seT beschäftigen sich mit neuen Materialien und neuen Verfahren für Wärmespeicher für die Industrie, in der die Temperaturen typischerweise oberhalb von 150 Grad Celsius liegen. In dem Artikel von Andreas Werner in dieser Ausgabe wird der Einsatz von Magnesiumverbindungen für kompakte Speicher besprochen. Speichertechnologien können auch für verbesserte Effizienz in Schienenfahrzeugen beitragen. Diese Entwicklungen werden im Artikel von Hilbert Focke, beschrieben. Eine andere Anwendung von Speichern ist die Elektromobilität. Elektrobatterien funktionieren am besten in einem beschränkten Temperaturgebiet, und in der Entwicklungslinie B erforschen qpunkt und AEE INTEC geeignete Speichertechnologien auf Basis von Sorption, mit deren Hilfe Batterien sowohl geheizt als auch gekühlt werden können.

Das Tes4seT Leitprojekt startete im Oktober 2014 und hat eine Laufzeit von vier Jahren. Die Zusammenarbeit einer derartig großen Gruppe von Industriebetrieben und Forschungsinstituten auf diesem Gebiet ist einzigartig und gibt Österreich die Chance auf eine internationale Vorreiterposition in der Entwicklung von kompakten thermischen Speichern.

Tabelle 1: Ziele und Partner der fünf Entwicklungslinien im Tes4seT Projekt

Weiterführende Informationen

[1] www.comtes-storage.eu

[2] Demonstration eines saisonalen Sorptionsspeichersystems im realen Maßstab, Rebekka Köll et al., Symposium Thermische Speicher, OTTI, Neumarkt, Deutschland, 30 Juni – 1 Juli 2016.

Autorenbeschreibung

Wim van Helden ist wissenschaftlicher Leiter der Speichergruppe bei AEE INTEC (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)

Dr. Georg Engel ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Gruppe Thermische Speicher bei AEE INTEC

Ing. Waldemar Wagner ist Leiter des Bereichs Messtechnik und Labor bei AEE INTEC