Energiespeicherung - Hamburg · 2010. 2. 18. · 3,0 4,0 5,0 6,0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Speicherkapazität [kWh] Speicherhöhe [m] Eisantei= 0% Eisantei= 20% Eisantei=

Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden gGmbH

EnergiespeicherungVakuumeiserzeugung Eisspeicherung

P. Albring

P. Albring ILK Dresden

Warum wird Energie gespeichert?

Ausgleich von Verfügbarkeit und Bedarf

Reduzierung der Anlagengröße

„Leistungsgetriebe“Energie kann langsam gesammelt (geringer Leistungsbedarf) und schnell verbraucht (hohe Leistung)


Speicher als Leistungsausgleich dezentraler Anlagen

Ein Kältespeicher kann Planungsfehler nicht ersetzen

denn ein 50 kW Kaltwassersatz kühlt einen 1 m³ großen

Kaltwasserspeicher in nur 8,4 min um 6K ab!!

Beim gleichzeitiger Eisbildung von 30% des Wasserante ils

verlängert sich die Speicherzeit auf 41,4 min.


PCM für den Phasenübergang fest-flüssig


Kältespeicher

Kaltwasserspeicher

Eisspeicher

Eis in Wasser

Eisbank

Kratzeis

Vakuumeis

Eis in Sole


Eiserzeugung mit konventioneller Kältetechnik

Kondensator

Kühlturm

Verdampfer

tSp=0°C

Kältemittel

Rohrwand

Eis

Speicherflüssigkeit

0°C

Roh

rwan

d

Eis

schi

cht

Spe

iche

rflü

ssig

keit

Käl

tem

ittel

t

Länge

Speicherflüssigkeit gefriert am Kältemittel durchflossenen

Rohr / Platte

Mit wachsender Eisdicke wird die Temperaturdifferenz

zwischen Kältemittel und Speicher größer und die

Energieeffektivität schlechter!


Vakuumeiserzeuger durch Direktverdampfung von Wasser als Kältemittel

Kühlturm

-

Wasserdampf-Turboverdichter

Direkt Verdampfer t0 1°C

Wasser - Eis-Gemischmax. 70%

Verdampfer-Kondensator

Wasserdampf Saugleitung

Kälteverbraucher

Speicherbehälter ohne Einbauten

Kältesatz als Oberstufe der Kaskade


Kondensatrücklauf


Kältekaskade zur Vakuumeiserzeugung

Zum Kälteverbraucher

Vakuumeisspeicher


Kondensator

R 718 Kreislauf

Zum Kühlturm

Kälte Kreislauf

Wegen des hohen

Druckverhältnis ist es nicht

zweckmäßig nur mit Wasser als

Kältemittel zu arbeiten. Günstig

ist eine Kaskade mit einer

(kostengünstigeren )

konventionellen Kälteanlage als

Oberstufe.


Indirekte Kältekaskade an bestehendem Kaltwassernetz

Bei Erweiterung einer

bestehenden Anlage kann die

Wasserdampfstufe mit dem

Rücklauf des

Kaltwassernetzes gekühlt

werden.

Zum Kälteverbraucher

Vakuumeisspeicher

Kondensator

Kaltwasser Rücklauf

R 718 Kreislauf

Kaltwasservorlauf 6°C


Speicherkapazität als Funktion der Eiskonzentration

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Speicherkapazität [kWh]

Spe

iche

rhöh

e [m

]

Eisantei= 0%

Eisantei= 20%

Eisantei= 40%

Eisantei= 50%

Eisantei= 60%

Eisantei= 70%

Behälterdurchmesser = 2 m

Entladetemperatur = 6°C

Reines Wasser

Speichervolumen 6,3 m³

320 kWh50 kWh


Speicherkapazität als Funktion der Ladezeit

23 h

19 h

17 h

15 h

13 h

9 h

7 h

5 h

3 h

1 h

10

100

1.000

10.000

100.000

10 100 1.000

Kälteleistung [kW]

Spe

iche

rkap

azitä

t [kW

h]

Kälteleistung, Speicherzeit und Speicherkapazität


Eisantei= 0%

Eisantei= 50%0

5

10

15

20

25

30

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Speicherkapazität [kWh]

Spe

iche

rhöh

e [m

]

Eisantei= 0%

Eisantei= 10%

Eisantei= 20%

Eisantei= 30%

Eisantei= 40%

Eisantei= 50%

Behälterdurchmesser =3,5 mEntladetemperatur = 6°C

Speichergröße und Speicherkapazität von Kältespeichern

Vakuumeisspeicher

1 MWh

Kaltwasserspeicher

1 MWh


Energetische Effekte

14,8 / 10,2 → 5,870 % / 75 %31-1R718 / R134a

Kaskade [8]Vakuumeis

Kaskade

5,275 %373R134a KWS [7]Konv.

Kaltwassersatz

14,8 / 7,2 → 4,6075 % / 75 %37-1R718 / R134a

Kaskade [6]Vakuumeis

Kaskade

3,2875 %37-10R134a (einstufig) [5]Konv. Eisspeicher

COP[4]ηis[3]tC

[2]t0[1]Kälteanlage

[1] Verdampfungstemperatur[2] Kondensationstemperatur[3] isentroper Wirkungsgrad des Kältemittelverdichters[4] Leistungszahl (Coefficient of Performance)[5] konventioneller Kältesatz zur Eisspeicherung[6] Anlage entsprechend Darstellung in Abbildung 1[7] konventioneller Kaltwassersatz[8] Anlage entsprechend Abbildung 1, die in Nachtstunden mit geringeren Kondensationstemperaturen betrieben wird.

Das Verfahren der Eiserzeugung durch direkte

Verdampfung von Wasser als Kältemittel erreicht

Leistungszahlen in der Größenordnung der „normalen“

Kaltwassererzeugung


Planungsvoraussetzungen für Kältespeicherung

Kommunikationseinrichtung,

Callcenter… (Innere Lasten

größer als äußere Lasten)

Speicherbeladung während der

Nachtstunden.

Spitzenlastsenkung

Elektrischer Anschlusswert

reduziert

Bürogebäude

Große Spitzenlast kann mit

kleiner Kältemaschine gedeckt

werden. Einsparung von

Maschinengröße

Investitionskosten

und elektrischer Leistung

Anwendung: Produktion,

Schockkühlung, Fischkühlung,

Flugzeug am Gate..

Lastgang

nicht geeignetdurchschnittlichgutEignung für Speicher

Käl

tele

istu

ng

Tagesstunden 24

100%K

älte

leis

tung

Tagesstunden 24

100%

Käl

tele

istu

ng

Tagesstunden 24

100%


Vakuumeiserzeuger mit Direktverdampfer und Eisspeicher

Thermodynamische Parameter der Anlage

Verdampfungstemperatur: 0°C

Verdampfungsdruck: 600 Pa

Verdampferleistung: 50 kW

max. Speicherkapazität: 350 kWh

max. Speicherkälteleistung: 300 kW

Technische Parameter der Anlage

Verdichterantriebsleistung: 5 kW

Dampfvolumenstrom: 4.7 m³/s

Netto Speichervolumen: 6.6 m³

Eiskonzentration: 50 %


Schema einer Versuchsanlage im ILK Dresden


Vakuumeiserzeuger mit Speicher, Prototyp 300kWh


Versuchsanlage Vakuumeiserzeuger und Eisspeicher im ILK Dresden

Thermodynamische Parameter der Anlage

Verdampfungstemperatur: -2…0°C

Verdampfungsdruck: 600 Pa

Verdampferleistung: 50 kW

Verdichterantriebsleistung: 5 kW

Verdichtervolumenstrom: 4.7 m³/s

max. Speicherentladeleistung:

300 kW

max. Speicherkapazität: 350 kWh

bei Eiskonzentration: 50 %

Speichervolumen: 6.6 m³


Vorteile von Vakuumeisspeichern

Installierte Kälteleistung geringer

Teillastanteil der Kälteanlage sinkt

Kälteerzeugung kann in Stunden mit geringer Außente mperatur verlegt

werden

Teilentladung und Teilbeladung möglich (konventione lle Eisspeicher

müssen immer vollständig entladen werden)

Kann mit hoher Leistung entladen werden

Bei ansteigendem Spitzenbedarf kann in bestehender Anlage auf weiter

Kältemaschine zu Gunsten einer Vakuumeisspeicherein heit verzichtet

werden

Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden gGmbH

Ende der Präsentation

Dr. Peter Albring________________________________________Tel.: +49 351 / 4081-700Fax: +49 351 / 4081-705E-Mail: [email protected]: www.ilkdresden.de____________________________________

Institut für Luft- und KältetechnikGemeinnützige Gesellschaft mbHBertolt-Brecht-Allee 2001309 Dresden

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