ModulHeatStore

Modularer Wärmespeicher zur Nutzung industrieller Abwärme

Kurzbeschreibung

Industrielle Abwärme fällt in einer Vielzahl von Industrieprozessen als Nebenprodukt an und wird derzeit oft ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Dies gilt besonders für Hochtemperaturprozesse von mehr als 1.000 °C. Überdies stellen die mit der Energiebereitstellung einhergehenden CO₂-Emissionen eine große Belastung für die Umwelt dar. Die Abwärme kann sinnvoll zur Beheizung anderer Prozesse sowie zur Strom- oder Drucklufterzeugung genutzt werden. Neben den wirtschaftlichen Faktoren rücken auch die Umweltaspekte immer mehr in den Vordergrund und es werden Vorschriften zur effizienten Energienutzung erlassen. Für Industrieunternehmen besteht daher nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht der Anreiz, eine Effizienzsteigerung der Anlagen zu erreichen. In der Industrie wird bereits häufig die direkte Wiedereinkopplung der Abwärme genutzt. Jedoch besteht bei vielen Prozessen ein zeitlicher Versatz zwischen der Verfügbarkeit der Abwärme und dem Bedarf an Wärme bzw. elektrischer Energie. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Abwärme über definierte Zeiträume möglichst verlustarm zu speichern und bedarfsgerecht wieder abzugeben, um damit nachfolgende Prozessschritte mit Wärme und Strom zu versorgen.

Ziele des Projekts

Für eine bedarfsgerechte und flexible Bereitstellung von Wärme und Strom entwickeln die Projektpartner einen modular aufgebauten Wärmespeicher mit unterschiedlichen Temperaturebenen und Speichermaterialien sowie einer intelligenten Thermoprozesssteuerung. Dieser bietet eine effiziente und wirtschaftliche Möglichkeit, industrielle Abwärme auch bei Temperaturen über 1.000 °C zu speichern und zielgerichtet wieder abzugeben. Mit der geplanten Speicherentwicklung kann das Abwärmeaufkommen zeitlich entkoppelt genutzt und so die Effizienz nachgeschalteter Prozesse produzierender Unternehmen gesteigert werden, um eine höhere Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Durch die Kombination unterschiedlicher Speichermaterialien in den Einzelmodulen wird es ermöglicht, auf unterschiedlichen Temperaturniveaus vorliegende Abwärme zum entsprechenden Modul zu leiten und bei einer angepassten und, im Sinne der effizienten Nutzung, möglichst hohen Temperatur zu speichern. Durch den modularen Aufbau und die intelligente Thermoprozesssteuerung wird der Wärmespeicher optimal und flexibel auf verschiedene Prozessbedingungen eingestellt, bei denen die Temperaturen oder die Abgasvolumenströme schwanken oder die Abwärmeströme zyklisch variieren.

Arbeitsaufgaben OWI

Das OWI verfügt über ein Technikum zur Abbildung von thermischen Quellen und Senken bis 200 kW. Der Aufbau und Test des Speichersystems erfolgt beim OWI. Das OWI entwickelt ein Testverfahren für den Einsatz von Thermoölen. Das Ziel ist die Einsatzoptimierung des Öls in Bezug auf Alterung.

• Berechnung des Speichers
• Simulation der Wärmeströme
• Analyse des Speichermediums
• Entwicklung eines Testverfahrens für Thermoöl/WÜ-Medium
• Hardware Aufbau einer Testumgebung HT/MT/LT Speichermaterialien

Ein weiteres wesentliches Forschungsergebnis ist die Bereitstellung eines Auslegungswerkzeuges für das hier entwickelte Speicherkonzept. Das Werkzeug beinhaltet die Struktur- und Einsatzoptimierung des Speicherkonzeptes. Das Werkzeug soll den Planer bei der Auslegung, Dimensionierung und Betrieb des Konzeptes unterstützen.

Durchführende Forschungsstellen

• Hülsenbusch Apparatebau GmbH & Co. KG
• GIWEP Gesellschaft für industrielle Wärme, Energie- und Prozesstechnik mbH
• OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH
• Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Institutsteil Dresden

Projektförderung

Das Forschungsvorhaben 16KN061424 wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Projektlaufzeit

12/2017 bis 11/ 2019

Ansprechpartner

M.Sc. Benedikt Bender
Tel.: 02407/ 9518-172
E-Mail: B.Bender@owi-aachen.de