HTESDürn Hochtemperaturwärmespeicher für Wärmeknoten Dürnrohr

Projektverlauf

Zu Beginn des Projektes wurden die Randbedingungen für den Einsatz der zu untersuchenden Speichertechnologien (Ruths-Speicher, Festbettregenerator, Latentwärmespeicher und SandTES-Technologie. Letztere stellt eine aktive, sensible Speichertechnologie basierend auf der Wirbelschichttechnologie und dem Gegenstromwärmetauscherprinzip dar.) im Wärmeknoten Dürnrohr erarbeitet. Dazu wurde von Seiten des Projektpartners EVN der Bedarf an benötigter Speicherkapazität, Speicherleistung, die Lade- und Entladeparameter sowie die Ent- und Beladezeit für den Wärmeknoten Dürnrohr ermittelt und mögliche Einbindungsszenarien für die Speicher diskutiert.
Als Referenzvariante für die Speicherauslegung wurde die Integration von Ruths-Speicher in den Wärmeknoten Dürnrohr festgelegt. Dazu erfolgte eine Dimensionierung der Speicher und deren Hilfsaggregate sowie der zugehörigen Verbindungsleitungen basierend auf den Einsatzszenarios des Referenzfalles. Anschließend an die wärmetechnische Auslegung der Speicher erfolgte eine numerische Systemanalyse des Gesamtprozesses um Aussagen zur Interaktion des Wärmeknotens mit der eingesetzten Speichertechnologie zu erhalten.
Basierend auf den ermittelten Einbindungsmöglichkeiten der Speicher in den Wärmeknoten Dürnrohr wurden die verbleibenden drei thermischen Speichertechnologien ausgelegt und für die Systemanalyse in ein Modell des Wärmeknotens integriert. Dazu wurde wieder eine Dimensionierung der Speicher und deren Hilfsaggregate sowie der zugehörigen Verbindungsleitungen basierend auf den Einsatzszenarien durchgeführt. Um Aussagen zur Interaktion des Wärmeknotens mit den einzelnen eingesetzten Speichertechnologien zu erhalten wurden wieder numerische Systemanalysen der Gesamtprozesse durchgeführt.
Im Weiteren wurden für die einzelnen Speichertechnologien Anfragen an Herstellerfirmen für die unterschiedlichen Komponenten der Speicher, wie z.B. Wärmetauscher, Ventile, Klappen, Gebläse, Hebezeuge, usw. gesendet und deren Rückantworten gesammelt. Damit konnten die investgebundenen Kosten der Speicherintegration (CAPEX) ermittelt werden. Auf Basis der entwickelten Anlagenkonfigurationen wurden Wirtschaftlichkeitsanalysen durchgeführt und die verbrauchsgebundenen Kosten für die Speicherintegration (OPEX) ermittelt.
Abgeschlossen wurden das Forschungsprojekt mit einer techno-ökonomischen Evaluation der Speicherintegration und mit einer Empfehlung für die weiteren Schritte bei einer tatsächlichen Umsetzung der Speicherintegration.

Meilensteine

1. Definition Referenzanlage
2. Einbindungsmöglichkeiten Speicher
3. Dimensionierung Speicher Referenzanlage
4. Simulationen Referenzanlage
5. Dimensionierung Speicher
6. Simulationen Gesamtsystem
7. Kostenermittlung
8. Kostenanalyse

Ergebnisse

Im Zuge des durchgeführten Forschungsprojektes wurden vier Speichertechnologien, Ruths-Speicher, Festbettregenerator, SandTES-Technologie und Latentwärmespeicher, auf Ihre Eignung und ihren Kosten bei einer Integration in den Wärmeknoten Dürnrohr hin analysiert. Wie die Untersuchungsergebnisse gezeigt haben, sind alle Technologien dazu geeignet die für die Speicherintegration geforderten Randbedingungen zu erfüllen.
Die auf die Dimensionierung der Speicher anschließende Kostenanalyse hat ergeben, dass der Ruths-Speicher aufgrund seiner deutlich höheren Investitionskosten (ca. 47% bezogen auf die Kosten der SandTES-Technologie mit Längsrippen) im vorliegenden Fall (hohe Speicherenergie von 70MWth) wirtschaftlich eindeutig schlechter gestellt ist. Die Kosten für die SandTES-Technologie, Latentwärmespeicher und Festbettregenerator liegen dagegen in gleicher Größenordnung.

Werden die Randbedingungen für die Speicherintegration näher betrachtet, so ist erkennbar, dass im Beladefall überhitzter Dampf teilkondensiert und im Endladefall Sattwasser vollständig verdampft und geringfügig überhitzt wird. Die dabei ablaufenden Wärmetransportvorgänge sind größtenteils (speziell im Falle der Entladung des Speichers) mit einer Änderung des Aggregatszustandes des Wärmeträgermediums verbunden. Dieses Betriebsverhalten des Wärmeträgermediums entspricht annähernd dem eines Latentwärmespeichers. Dies spricht, bei gleichen Investitionskosten gegenüber dem Festbettregenerator und der SandTES-Technologie, für eine bevorzugte Integration der Latentwärmespeichertechnologie in den Wärmeknoten Dürnrohr.

Würde eine sofortige Investitionsentscheidung anstehen, so wäre zu berücksichtigen, dass die SandTES-Technologie bisher nur im Pilot-Maßstab mit längsangeströmten Glattrohren getestet wurde, und dass beim Festbettregenerator die Frage nach dem Thermal Ratcheting bei großen Speicheranlagen noch nicht hinreichend geklärt ist.
Es ist zu hoffen, dass beide Punkte in den nächsten Monaten und Jahren geklärt werden können.

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