Das Projekt "Teilvorhaben: Auslegung, Planung des Energiesystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Küttner GmbH & Co. KG durchgeführt. Im Rahmen dieses Verbundvorhabens ist die Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Energiespeichersystems zur Nutzung von diskontinuierlicher, industrieller Abwärme geplant. Kernkomponente des Systems stellt ein Hochtemperatur-Wärmespeicher (einsetzbar bis 300 C) dar. Dieser soll als sogenannter Zweistoffspeicher ausgeführt werden. Hierbei wird eine Feststoffschüttung (FSS) im Direktkontakt von einer Wärmeträgerflüssigkeit umströmt. Dieses drucklose Konzept verspricht erhebliche Vorteile gegenüber alternativen Speicherkonzepten (z.B. Druckwasserspeicher oder Thermoölspeicher) insbesondere in Bezug auf die Herstellungskosten. Ein weiterer Schwerpunkt des Verbundvorhabens liegt auf der Anpassung einer Absorptionswärmepumpe (AWP) auf den Betrieb mit Thermoöl als Wärmeträger. Diese dient zur Bereitstellung von Prozesskälte sowie zur Bereitstellung von Heizwärme bei großem Hub. Die gespeicherte Abwärme kann dadurch vielfältig zur Bereitstellung von Prozesskälte, zum Antrieb der AWP, zum Heizen und zur Brauchwasserbereitung genutzt. Das zu entwickelnde Energiespeichersystem wird im Projektverlauf am Standort der Giesserei Heunisch in Bad Windsheim im Rahmen einer Pilotanlage installiert und betrieben. Die Demonstration erfolgt unter realen Betriebsbedingungen. Der Anlagenbauer Küttner liefert das notwendige Know-how im Bereich der Anlagentechnik von Thermoölsystemen und ist bei der Planung und Entwicklung des Energiesystems beteiligt. Der Schwerpunkt des ZAE Bayern liegt bei der Komponenten- und Systementwicklung sowie bei der wissenschaftlichen Auswertung der Ergebnisse.
Das Projekt "Teilprojekt: Umsetzung einer Demonstratoranlage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gießerei Heunisch GmbH durchgeführt. Im Rahmen dieses Verbundvorhabens ist die Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Energiespeichersystems zur Nutzung von diskontinuierlicher, industrieller Abwärme geplant. Kernkomponente des Systems stellt ein Hochtemperatur-Wärmespeicher (einsetzbar bis 300 C) dar. Dieser soll als sogenannter Zweistoffspeicher ausgeführt werden. Hierbei wird eine Feststoffschüttung (FSS) im Direktkontakt von einer Wärmeträgerflüssigkeit umströmt. Dieses drucklose Konzept verspricht erhebliche Vorteile gegenüber alternativen Speicherkonzepten (z.B. Druckwasserspeicher oder Thermoölspeicher) insbesondere in Bezug auf die Herstellungskosten. Ein weiterer Schwerpunkt des Verbundvorhabens liegt auf der Anpassung einer Absorptionswärmepumpe (AWP) auf den Betrieb mit Thermoöl als Wärmeträger. Diese dient zur Bereitstellung von Prozesskälte sowie zur Bereitstellung von Heizwärme bei großem Hub. Die gespeicherte Abwärme kann dadurch vielfältig zur Bereitstellung von Prozesskälte, zum Antrieb der AWP, zum Heizen und zur Brauchwasserbereitung genutzt. Das zu entwickelnde Energiespeichersystem wird im Projektverlauf am Standort der Giesserei Heunisch in Bad Windsheim im Rahmen einer Pilotanlage installiert und betrieben. Die Demonstration erfolgt unter realen Betriebsbedingungen. Der Anlagenbauer Küttner liefert das notwendige Know-how im Bereich der Anlagentechnik von Thermoölsystemen und ist bei der Planung und Entwicklung des Energiesystems beteiligt. Der Schwerpunkt des ZAE Bayern liegt bei der Komponenten- und Systementwicklung sowie bei der wissenschaftlichen Auswertung der Ergebnisse.
Das Projekt "Teilvorhaben: System- und Komponentenentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. durchgeführt. Im Rahmen dieses Verbundvorhabens ist die Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Energiespeichersystems zur Nutzung von diskontinuierlicher, industrieller Abwärme geplant. Kernkomponente des Systems stellt ein Hochtemperatur-Wärmespeicher (einsetzbar bis 300 C) dar. Dieser soll als sogenannter Zweistoffspeicher ausgeführt werden. Hierbei wird eine Feststoffschüttung (FSS) im Direktkontakt von einer Wärmeträgerflüssigkeit umströmt. Dieses drucklose Konzept verspricht erhebliche Vorteile gegenüber alternativen Speicherkonzepten (z.B. Druckwasserspeicher oder Thermoölspeicher) insbesondere in Bezug auf die Herstellungskosten. Ein weiterer Schwerpunkt des Verbundvorhabens liegt auf der Anpassung einer Absorptionswärmepumpe (AWP) auf den Betrieb mit Thermoöl als Wärmeträger. Diese dient zur Bereitstellung von Prozesskälte sowie zur Bereitstellung von Heizwärme bei großem Hub. Die gespeicherte Abwärme kann dadurch vielfältig zur Bereitstellung von Prozesskälte, zum Antrieb der AWP, zum Heizen und zur Brauchwasserbereitung genutzt. Das zu entwickelnde Energiespeichersystem wird im Projektverlauf am Standort der Giesserei Heunisch in Bad Windsheim im Rahmen einer Pilotanlage installiert und betrieben. Die Demonstration erfolgt unter realen Betriebsbedingungen. Der Anlagenbauer Küttner liefert das notwendige Know-how im Bereich der Anlagentechnik von Thermoölsystemen und ist bei der Planung und Entwicklung des Energiesystems beteiligt. Der Schwerpunkt des ZAE Bayern liegt bei der Komponenten- und Systementwicklung sowie bei der wissenschaftlichen Auswertung der Ergebnisse.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der Herstellungs-, Befüll- und Verkapselungstechnologie metallverkapselter Hochtemperatur-PCM und deren thermische Charakterisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Die Entwicklung effektiver thermischer Speichertechnologien stellt einen wichtigen Baustein zur Umsetzung des im Jahre 2011 verabschiedeten Energiekonzeptes der Bundesregierung dar. Neben der Erhöhung des Anteils regenerativer Energien an der Primärenergieversorgung muss der Fokus ebenfalls auf der Erschließung energetischer Einsparpotenziale liegen. Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bieten sich besonders im Bereich der Prozesswärmenutzung an, die im Jahr 2008 rund 23 % der Endenergie in Deutschland ausmachte (552 Mrd. kWh). Ein großer Teil dieser Prozesswärme steht nach dem technologischen Prozess als Abwärme zur Verfügung. Wärmespeicher erlauben die örtlich und vor allem zeitlich versetzte Nutzung dieser Abwärme und damit die Erschließung dieses enormen energetischen Potenzials. Eine Möglichkeit zur Speicherung thermischer Energie im Temperaturbereich zwischen 130 °C und 350 °C sind Phasenwechselmaterialien (PCM - phase change materials, Wärmespeicherung beim Phasenübergang fest-flüssig). Übliche PCM-Speicherelemente sind jedoch gekennzeichnet durch einen begrenzten Wärmeübergang zwischen Wärmeträger und PCM sowie die schlechte Wärmeleitung im PCM, beide Effekte beschränken die Wärmeleistung entscheidend. In den vergangenen Jahren wurde wiederholt die Forderung nach einem mechanisch stabilen 'PCM-Schüttgut' laut, welches gut durchströmbar ist und damit insbesondere bei Gasen einen effektiven Wärmetransport gewährleistet. PCM-gefüllte metallische Hohlkugeln im Millimeter-Durchmesserbereich sollen die Funktion dieses Schüttgutes übernehmen. Anwendungsmöglichkeiten sind vorrangig die Aus-/Einkopplung von Abwärme aus/in Gasströmungen (z. B. heiße Abgase einer Verbrennung) bzw. die Verbesserung der Effektivität von Katalysatoren durch eine Vergleichmäßigung von deren Arbeitstemperatur. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die meist geringe Wärmekapazität von Wärmeträgerflüssigkeiten für den Hochtemperaturbereich (z. B. Thermoöle) durch Zugabe der PCM-Kapseln deutlich zu steigern. Die Arbeiten umfassen die Auswahl geeigneter PCM (Salze/-mischungen, Zuckeralkohole, Hydroxide ) nach der Temperatur des Phasenüberganges, der Schmelzenthalpie und besonders bezüglich der korrosiven Wechselwirkung mit den porösen Schalen der als Kapseln dienenden metallischen Hohlkugeln. Neben der Fertigung der metallischen Hohlkugeln stehen das Befüllen mit PCM (die Infiltration) sowie das zuverlässige Aufbringen einer Versiegelung und - falls erforderlich - einer katalytischen Beschichtung im Fokus. Der Einsatz als pumpbare Wärmekapazität in Thermoölen erfordert optimierte mechanische Eigenschaften der PCM-Kapseln. Aktuelle Projektarbeiten umfassen die Auswahl und wärmetechnische Charakterisierung geeigneter PCM sowie die Auswahl der Werkstoffe für die metallischen Hohlkugeln bzw. deren Versiegelung. Ebenfalls in Entwicklung befindet sich die Infiltrationstechnologie der Kugeln im Labormaßstab.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der Wärmeüberträger für Speicher, Aufbau des Funktionsmusterprüfstandes und Durchführung von Messungen und Versuchen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH - Abteilung Forschung und Entwicklung durchgeführt. Besteht in der Entwicklung sehr schneller modularer Speichereinheiten für den Temperaturen von 150 bis 350 Grad C mit bisher nicht erreichter Energie- und Leistungsdichte. Die Dynamik der Speichermodule soll für die Erzeugung von Prozessdampf geeignet sein. Erreichbar wird dies durch eine vollmetallische Lösung, bei der neuartige Wärmeleitstrukturen in ein PCM integriert und stoffschlüssig mit dem Wärmeüberträger verbunden werden. Damit unterscheidet sich die Lösung von bisherigen am Markt bekannten Ansätzen. Es wird durch schnelle Be- und Entladezyklen ein Kostenvorteil gegenüber der Erzeugung 'neuer' Wärme angestrebt. Die Speichermodule nutzen das latente Wärmespeichervermögen des PCM während des Schmelzens / Erstarrens. Geeignete PCM im Temperaturbereich sind Salzmischungen, mit einer volumenbezogenen Schmelzwärme/ Energiedichte von bis zu 150 kWh/m3. Der Nachteil der PCM ist bei der Wärmeleitfähigkeit wird durch Integration hochporöser metallischer Wärmeleitstrukturen in das PCM kompensiert. Arbeitsplanung erfolgt nach Arbeitspaketen/ Meilensteinen. Auf der Grundlage Lasten-Pflichtenheft erfolgt die Entwicklung von 3-DE Strukturen, der Beschichtung und Fügetechnik. als Demonstratoren/Funktionsmuster. Mittels projektspezifischem Prüfstand erfolgen Messungen und Tests der Funktionsmuster. Daraus erfolgen Ableitungen zur Präzisierung/ Änderung des Pflichtenheftes.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Optimierung von Fügetechnologien, Werkstoff- und Funktionseigenschaften" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Das Ziel des beantragten Projektes besteht in der Entwicklung sehr schneller modularer Prozesswärme-Speichereinheiten für den Temperaturbereich 150 bis 350 Grad C mit bisher nicht erreichter Energie- und Leistungsdichte. Dies soll durch eine vollmetallische Lösung erreicht werden, bei der neuartige Wärmeleitstrukturen in ein Phasenwechselmaterial (PCM) integriert und stoffschlüssig mit dem Wärmeüberträger verbunden werden. Damit unterscheidet sich die avisierte Lösung signifikant von bisherigen Ansätzen wie beispielsweise dem Einsatz von Grafitflakes oder Grafitschäumen zur Erhöhung der Wärmleitfähigkeit des PCM, da sich diese nicht stoffschlüssig mit dem Wärmeüberträger verbinden lassen und damit hohe Kontaktwiderstände aufweisen. Stattdessen sollen neuartige 3D-Drahtstrukturen aus Aluminium oder Kupfer zum Einsatz kommen. Entwicklung und Erprobung geeigneter Lotwerkstoffe, Fügen durch Wärmebehandlung, werkstoffliche Charakterisierung sowie Strukturoptimierung (Steifigkeit, Festigkeit, Wärmeleitung). Ermittlung von entsprechenden mechanischen und thermophysikalischen Kenngrößen. Nutzung der Messwerte für verallgemeinernde numerische Eigenschaftssimulationen und darauf basierende Ableitung mathematischer Algorithmen zur thermischen, mechanischen und strömungstechnischen Auslegung von Funktionsmustern. Errichtung eines Prüfstandes gemeinsam mit WäTaS im wärmetechnischen Labor des IFAM. Vermessung der Funktionsmuster und Validierung der Simulationsmodelle.
Das Projekt "Teilvorhaben: Prozessführung und Funktionsnachweis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Dieses Vorhaben verfolgt das Ziel die zwei prinzipiellen Vorteile thermochemischer Wärmespeicher zu demonstrieren: (1) Getrennte Lagerung der Reaktionspartner und damit verlustfreie Speicherung (2) die Trennung von Kapazität und thermischer Leistung des Speichers und damit eine deutliche Kostenreduktion bei der Speicherung thermischer Energie. Im Rahmen dieses Vorhabens werden daher ingenieurwissenschaftliche sowie materialwissenschaftliche Disziplinen kombiniert, um die einzelnen Teilbereiche in Bezug auf das Speichermaterial, die Bewegung des Pulvers und die chemische Reaktion mit Wärmeein- und -auskopplung weiterzuentwickeln. Das abschließende Ziel des Vorhabens ist die Bestätigung der Realisierbarkeit des entwickelten Leitkonzepts für chemische Speicher mit bewegtem Reaktionsbett durch Versuchsreihen im Labormaßstab. Das Vorhaben gliedert sich im Wesentlichen in drei Arbeitsabschnitte: Im Rahmen des ersten Abschnitts wird ausgehend von der vorhandenen Expertise der beteiligten Partner ein Reaktorkonzept spezifiziert, das die Grundlage für den weiteren Projektverlauf bildet. Im zweiten Arbeitsabschnitt werden dann parallel die drei wesentlichen Fragestellungen für ein bewegtes Reaktionsbett zur thermochemischen Wärmespeicherung zielgerichtet bearbeitet (Materialentwicklung, Bewegung der Schüttung, Reaktionsführung). Den Abschluss des Vorhabens bildet der Funktionsnachweis im Labormaßstab am Institut für Technische Thermodynamik des DLRs.
Das Projekt "Teilvorhaben: Simulation, Entwicklung und messtechnische Untersuchung von Speicherkapseln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT) und Lehrstuhl Metallische Werkstoffe (MW) durchgeführt. Ziel dieses Verbundprojektes ist die Entwicklung eines mobilen Latentwärmespeichers der zweiten Generation. Dieser Speicher soll gegenüber den bereits verfügbaren Ausführungen eine höhere thermische Leistung bei der Be- und Entladung aufweisen, kostengünstiger herzustellen sein sowie vor allem ein erheblich erweitertes Anwendungspotenzial erschließen. Zu erreichen sind die beiden erstgenannten Ziele durch den Übergang von bisherigen Vollspeichern zu makroverkapselten Phasenwechselmaterialien (PCM), die eine größere wirksame Wärmeüberträgerfläche aufweisen sowie einfach herzustellen und zu befüllen sind. Hiermit lässt sich die Wirtschaftlichkeit straßengebundener Wärmetransporte entscheidend verbessern. Das abdeckbare Einsatzspektrum wird durch Verwendung von PCM mit Schmelztemperaturen zwischen 70 Grad C und 150 Grad C signifikant erweitert. Bei der Entwicklung der Makroverkapselung sind zahlreiche Parameter zu optimieren, wie z.B. Geometrie, Größe, Material und Wandstärke. Anhand numerischer Simulationen werden hierfür systematische Parametervariationen durchgeführt. Dazu sind geeignete Modelle weiterzuentwickeln und zu validieren. In Labor- und Demonstrationsanlagen werden aussichtsreiche Kapselgeometrien und -schüttungen praktisch erprobt. Bei der Identifizierung geeigneter PCM sind zudem vielfältige thermodynamische, chemische und physikalische Stoffdaten durch Messungen zu ermitteln. Weiterhin ist die Verträglichkeit von PCM und Kapselmaterialien eingehend zu prüfen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Systemische optimierte Abgasanlage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich Boysen GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es, eine auf das zu entwickelnde Thermomodul abgestimmte strömungs- und ladungswechseloptimierte Abgasanlage für einen Range-Extender-Motor auszulegen und aufzubauen. Dazu sind in einem ersten Schritt Messungen an einem geeigneten Motor zur Ermittlung der Randbedingungen für die Auslegung durchzuführen. Anschließend wird in mehreren Iterationsschleifen von Konstruktion und Strömungsberechnung eine Abgasanlage konzipiert, die die besonderen Erfordernisse des Thermomoduls (homogene Anströmung bei möglichst hoher Temperatur) mit den generellen Anforderungen an eine Abgasanlage (geringer Gegendruck, Schalldämpfung) miteinander verbindet. Letztlich soll eine solche Abgasanlage mit integrierten Thermomodul aufgebaut, mit Messstellen versehen und den Tests zugeführt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Integration der thermischen Speicherung und thermoelektrischen Wandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ElringKlinger AG durchgeführt. Das vorliegende Teilvorhaben der ElringKlinger AG behandelt die konstruktive Umsetzung eines thermischen Speichers und thermoelektrischen Generators in einem vorhabenrelevanten Thermomodul. Die Arbeitsinhalte haben zum Ziel, die simulativ erarbeiteten Ergebnisse an einem Demonstrator evaluierbar darzustellen. Das Teilvorhaben stellt damit die Grundlage in Form von Hardware für die nachfolgende abschließende Projektphase und den Konzeptnachweis. Eine besondere technische Herausforderung stellt sich in dem hohen Grad an notwendiger Funktionsintegration, der notwendig ist zur Integration der Komponenten thermischer Speicher und thermoelektrischer Generator in das thermische Abschirmsystem. Auf der Basis von bereit gestelltem Bauraum und Umgebungsmodellen erfolgt zunächst die Modellierung und Konstruktion des gesamten Verbunds an Abschirmkomponenten. In diesem Teilschritt werden unter anderem thermische und mechanische Randbedingungen ermittelt, geometrische Bauteilstrukturen optimiert sowie eine optimale Ausnutzung verfügbarer Bauräume für die Energierückgewinnung sicher gestellt. Die Komponenten werden als funktionelle Zwischenlagen im Abschirmsystem gemäß den zuvor abgeleiteten Anforderungen ausgelegt und prototypenhaft in einem Demonstrator dargestellt. Die Zielsetzung des Teilvorhabens von ElringKlinger gestaltet sich analog zu den in der Gesamtvorhabenbeschreibung festgelegten Vorgaben. Im Teilbereich des thermoelektrischen Generators wird somit eine Wandlung mit einem 30Prozent höheren Wirkungsgrad gegenüber dem Stand der Technik angestrebt. Der thermische Speicher wird gemäß festgehaltener Ziele in einem Temperaturbereich größer 300 C umgesetzt.
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