Zur Speicherung thermischer Energie werden häufig Phasenwechselmaterialien (PCM) unterschiedlicher Art eingesetzt. Hierbei nutzt man vor allem den Übergang zwischen fest und flüssig. Solche PCM schmelzen bei Wärmezufuhr, nehmen dabei die Energie latent bei etwa gleichbleibender Temperatur auf und geben sie wieder ab, indem sie bei Wärmeabfuhr erstarren.
Will man den direkten Kontakt zum Wärmeträgerfluid vermeiden, kann man das PCM umhüllen. Hierbei bieten sich Kapseln aus Metall an, weil sie die Wärme besonders gut leiten. Die Art des Metalls, die Form und Größe der Kapseln sowie ihre Anordnung lassen sich variieren. Für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Speichersystems ist es zudem wesentlich, wie beständig die Kapseln sind und wie sie in größeren Mengen hergestellt, befüllt und verschlossen werden.
Der Autor hat zu diesem Thema eigene Forschungen durchgeführt, die er in diesem Band darstellt.
Der Herausgeber
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Wanderbettwärmeübertragers für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken, in denen Partikelschüttungen als Wärmeträger- und -speichermaterial eingesetzt werden. Im Rahmen der Arbeit wurde zunächst eine Charakterisierung geeigneter Materialien vorgenommen. Anschließend wurden mithilfe eines CFD-Mehrphasenmodells Geometrie- und Parameterstudien durchgeführt. Unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften wurde daraufhin ein angepasstes Wärmeübertragerdesign für die Zielanwendung entwickelt. Ein auf diesem Entwurf basierender Wärmeübertrager wurde mithilfe von CFD-Berechnungen hinsichtlich des granularen Strömungsverhaltens und der thermischen Leistungsfähigkeit untersucht. Durch Experimente im Labormaßstab wurden die Simulationsergebnisse validiert und gleichzeitig die Funktionalität des Wärmeübertragers nachgewiesen. Das angepasste Design des Wanderbettwärmeübertragers zeigt im Vergleich mit einer herkömmlichen Rohrbündelkonfiguration eine deutliche Verbesserung der thermischen Leistungsfähigkeit. Daraus ergibt sich ein hohes Potential für den Einsatz im solaren Kraftwerksbereich.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Zur Speicherung thermischer Energie werden häufig Phasenwechselmaterialien (PCM) unterschiedlicher Art eingesetzt. Hierbei nutzt man vor allem den Übergang zwischen fest und flüssig. Solche PCM schmelzen bei Wärmezufuhr, nehmen dabei die Energie latent bei etwa gleichbleibender Temperatur auf und geben sie wieder ab, indem sie bei Wärmeabfuhr erstarren.
Will man den direkten Kontakt zum Wärmeträgerfluid vermeiden, kann man das PCM umhüllen. Hierbei bieten sich Kapseln aus Metall an, weil sie die Wärme besonders gut leiten. Die Art des Metalls, die Form und Größe der Kapseln sowie ihre Anordnung lassen sich variieren. Für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Speichersystems ist es zudem wesentlich, wie beständig die Kapseln sind und wie sie in größeren Mengen hergestellt, befüllt und verschlossen werden.
Der Autor hat zu diesem Thema eigene Forschungen durchgeführt, die er in diesem Band darstellt.
Der Herausgeber
Aktualisiert: 2023-04-17
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Thermische Energiespeicher können die Effizienz eines Energiesystems verbessern und so zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen beitragen. Der reversible Vorgang der Adsorption und Desorption von Wasserdampf an einem Zeolith kann zur Speicherung thermischer Energie genutzt werden. Allerdings kann sich die kristalline Struktur von Zeolithen unter den hydrothermalen Bedingungen, die im Betrieb eines Speichers vorherrschen, zersetzen. Als Folge wird weniger Wasser adsorbiert und die Energiespeicherdichte der Zeolithe ist reduziert.
In dieser Arbeit wurde die hydrothermale Stabilität verschiedener Zeolithe des Typs 13X zur thermischen Energiespeicherung in Abhängigkeit relevanter Temperaturen und Wasserdampfdrücke untersucht. Neben der Überprüfung der Stabilität der Zeolithe durch die Ermittlung ihrer Wasserbeladung wurden Änderungen in ihrer Struktur und chemischen Zusammensetzung mit Hilfe von XRD, REM, EDX und der Molybdat-Methode analysiert.
Die größte Schädigung trat bei der geringsten Temperatur von 200 °C und dem höchsten Wasserdampfdruck von 31 kPa auf. Eine Stabilisierung der Zeolithe gegenüber einer weiteren Zersetzung wurde festgestellt. Ein globales kinetisches Modell wurde entwickelt, welches die Ergebnisse eines hydrothermal behandelten 13X-Zeolithpulvers beschreibt. Die in dieser Arbeit erstellten Methoden können gemeinsam mit dem entwickelten Modell für die Überprüfung weiterer Zeolithtypen verwendet werden.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Diese Arbeit behandelt die Analyse des CellFlux-Speichersystems, eines neuartigen Speicherkonzeptes für sensible Wärme. Die Analyse umfasst die Identifikation geeigneter Komponenten zur Umsetzung, bis hin zur dynamischen Abbildung des Gesamtsystems in einem Simulationsprogramm. Hierbei steht ein Einsatz des Speichersystems in Kombination mit Kraftwerksprozessen im Vordergrund. Die Funktionsfähigkeit des Konzeptes wird im Pilotmaßstab nachgewiesen und auf Basis der erarbeiteten Entwurfsgrundlagen wird abschließend eine beispielhafte Anwendung des Speichers untersucht.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Wanderbettwärmeübertragers für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken, in denen Partikelschüttungen als Wärmeträger- und -speichermaterial eingesetzt werden. Im Rahmen der Arbeit wurde zunächst eine Charakterisierung geeigneter Materialien vorgenommen. Anschließend wurden mithilfe eines CFD-Mehrphasenmodells Geometrie- und Parameterstudien durchgeführt. Unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften wurde daraufhin ein angepasstes Wärmeübertragerdesign für die Zielanwendung entwickelt. Ein auf diesem Entwurf basierender Wärmeübertrager wurde mithilfe von CFD-Berechnungen hinsichtlich des granularen Strömungsverhaltens und der thermischen Leistungsfähigkeit untersucht. Durch Experimente im Labormaßstab wurden die Simulationsergebnisse validiert und gleichzeitig die Funktionalität des Wärmeübertragers nachgewiesen. Das angepasste Design des Wanderbettwärmeübertragers zeigt im Vergleich mit einer herkömmlichen Rohrbündelkonfiguration eine deutliche Verbesserung der thermischen Leistungsfähigkeit. Daraus ergibt sich ein hohes Potential für den Einsatz im solaren Kraftwerksbereich.
Aktualisiert: 2023-04-17
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