Advanced Regenerator Partikel-Hochtemperaturwärmespeicher ohne rotierende Komponenten mit Gegenstromcharakteristik

Durch den Anstieg fluktuierender erneuerbarer Stromerzeugung bei der Bereitstellung von elektrischer Energie im elektrischen Verteilnetz sowie durch das angestrebte Ziel, den Primärenergieeinsatz möglichst schnell in klimaneutraler Weise zu realisieren, ergibt sich ein breiter und vielschichtiger Bedarf an Speichern: sowohl für die Strom- als auch für die Wärmespeicherung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Mit dem vorliegenden Sondierungsprojekt sollte die Machbarkeit eines vielversprechenden neuen Ansatzes validiert werden.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines hocheffizienten und kostengünstigen Hochtemperatur-Partikelwärmespeichers mit Gegenstrom-Charakteristik, welcher ohne rotierende Teile wie Becherwerke und/oder Schnecken auskommt. Der Apparat sollte alternativ mit sensiblem Speichermaterial wie Sand- oder Korund-Partikeln oder mit mikroverkapselten Hochtemperatur-Phasenwechselpartikeln ausgeführt bzw. betrieben werden können. Der Transport der Partikel durch den Wärmetauscher soll ausschließlich über das Wirbelschichtprinzip und über Druckdifferenzen erfolgen. Dies führt dazu, dass die für Partikelspeicher vorhandene Kostenhürde Becherwerk und /oder Schneckenförderer eliminiert werden kann. Dadurch sinken einerseits die Investitionskosten und andererseits sind einer Einsatztemperatur von bis zu 800°C keine Grenzen mehr gesetzt. Durch den Einsatz von hochtemperaturtauglichen mikroverkapselten Phasenwechselpartikeln wird der Apparat auch einem Einsatz als kostengünstiger Latentwärmespeicher zugänglich mit dem Vorteil einer Trennung der Wärmeleistung von der Speicherkapazität. Die Einsatzmöglichkeiten des Speichers sind vielfältig: sensibler Hochtemperaturwärmespeicher bis 800°C für den Einsatz in der Industrie, Stromspeicher basierend auf dem Konzept Power to Heat to Power, in Kombination mit sCO2-Prozessen, Dampfturbinen, Stirling-Motoren oder zusätzlich auch als Latentwärmespeicher (mit integrierter Unterkühlung/Überhitzung).

Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse waren einerseits die numerische und experimentelle Validierung des Funktionsprinzips des rein pneumatisch betriebenen Wirbelschichtwärmespeichers. Besonders wichtig ist das Konzept für die stabile Regelung des Feststoffmassenstromes und des Belüftungskonzepts sowie die Ausführung des nur auf einem Bruchteil der Bodenfläche fluidisierten Silos.
Für die Anwendung des Konzeptes als Latentwärmespeicher war die Realisierung von mikroverkapselten Hochtemperaturpartikeln entscheidend. Das Herstellungsverfahren und die Einsetzbarkeit solcher innovativer Partikel soll im Projekt erprobt werden.

Das vorgestellte Sondierungsprojekt soll belastbare Erkenntnisse liefern, mit denen die Tauglichkeit für eine weiterführende industrielle Entwicklung bewertet werden kann.