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ePaper created 2017-03-14, 09:55:24 | version 1.49.03
UMWELT UND ENERGIE 1 MoGeSoWa – ENERGIEEFFIZIENZSTEIGERUNG DURCH SORPTIVE WÄRMESPEICHERUNG Simone Mack, Siegfried Egner Energieefizienz erhöhen Um die globalen Klimaschutzziele zu erreichen, steht die Erhöhung des Nutzungsgrades fossiler und regenerativer Primärenergie im Fokus. Wärmespeicher spielen hierbei eine elementare Rolle, um Überschusswärme zu speichern und so den zeitlichen Ausgleich von Wärmeangebot und -bedarf zu ermöglichen, z. B. in industriellen Prozessen oder der Gebäu- detechnik. 2010 wurden mehr als 57 Prozent des Bruttoener- gieverbrauchs, bzw. 38 Prozent des Primärenergiebedarfs in Deutschland (5408 Petajoule ~ 1500 Terawattstunden) für die Erzeugung von Wärme und Kälte eingesetzt [1, 2]. Nutzung von Abwärme Andererseits bleiben in Energiewirtschaft, Gewerbe und Industrie derzeit noch große Mengen Abwärme ungenutzt. Schätzungen zufolge liegt das Abwärmenutzungspotenzial aus Industriebetrieben in Deutschland lediglich bei 132 bis 282 Terawattstunden pro Jahr (475 – 1015 Petajoule) [1, 2]. Eine vielversprechende Lösung stellen sorptive Wärmespeicher dar. Diese bieten deutliche Vorteile hinsichtlich Speicherdich- ten, minimierten Wärmeverlusten und möglichen Tempera- turniveaus. Im Vergleich zu derzeit gängigen Warmwasser- speichern sind drei- bis sechsfach höhere Speicherdichten von bis zu 240 Wattstunden je Kilogramm Speichermaterial und somit wesentlich kompaktere Systeme möglich. Zudem sind die Arbeitstemperaturen zur Be- (110 – 300 °C) und Entladung (> 100 °C) lexibler. Da die Energie nicht als fühlbare Wärme gespeichert wird, entstehen keine thermischen Verluste über die Speicherdauer. Dies ermöglicht sowohl Kurz- (Tage bis Wochen) als auch Langzeitspeicherung (mehrere Monate). Um die sorptive Wärmespeicherung in eine industrietaugliche An- wendung zu überführen, ist das Ziel des Projekts MoGeSoWa die Entwicklung eines leistungsfähigen, kostenefizienten und modular aufgebauten Wärmespeichers. Dazu soll der wirtschaftliche Anwendungsbereich der Technologie durch die systematische Entwicklung von neuartigen Komposit- Adsorbentien auf den Temperaturbereich von deutlich unter 110 °C erweitert werden. Vorgehensweise Bei der sorptiven Wärmespeicherung wird Energie in Form eines chemisch-physikalischen Potenzials gespeichert. In einer daran anschließenden reversiblen Wechselwirkung zwischen einem porösen Feststoff und einem Fluid, auch bezeichnet als Adsorptionsvorgang, wird Wärme freigesetzt. Dies ermöglicht deren zeitlich wie auch örtlich verschobene bedarfsgerechte Nutzung. Um die Projektziele zu erreichen, wurde ein integ- rierter Ansatz aus Material-, Komponenten- und Prozessent- wicklung sowie fertigungsoptimierter Konstruktion verfolgt. In der ersten Projektphase wurden mehrere innovative Ansätze bezüglich der einzelnen Entwicklungsfelder im Labor- und Technikumsmaßstab entwickelt und erprobt. Die Erkenntnisse wurden in der zweiten Projektphase in einer Pilotanlage zu- sammengeführt und unter praxisnahen Bedingungen erprobt. Testbetrieb in Mehrfamilienhaus In der anschließenden Demonstrationsphase testete das IGB den entwickelten modularen Wärmespeicher für mehrere Monate unter realen Bedingungen. Der sorptive Wärmespei- cher wurde in einem Mehrfamilienhaus mit über 70 Wohn- einheiten zur Steigerung der Energieefizienz von installierten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen demonstriert. Hierzu wurde Überschusswärme aus einem Mini-BHKW mit einer Leistung von 20 kWelektrisch und 40 kWthermisch gespeichert, um die 9 8