Energiespeicherung - Hamburg · 2010. 2. 18. · 3,0 4,0 5,0 6,0 0 100 200 300 400 500 600 700 800...
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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)
P. Albring ILK Dresden
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.
P. Albring ILK Dresden
PCM für den Phasenübergang fest-flüssig
P. Albring ILK Dresden
Kältespeicher
Kaltwasserspeicher
Eisspeicher
Eis in Wasser
Eisbank
Kratzeis
Vakuumeis
Eis in Sole
P. Albring ILK Dresden
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!
P. Albring ILK Dresden
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
Verdampfer-Kondensator
Kondensatrücklauf
P. Albring ILK Dresden
Kältekaskade zur Vakuumeiserzeugung
Zum Kälteverbraucher
Vakuumeisspeicher
Verdampfer-Kondensator
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.
P. Albring ILK Dresden
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
P. Albring ILK Dresden
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
P. Albring ILK Dresden
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
P. Albring ILK Dresden
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
P. Albring ILK Dresden
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
P. Albring ILK Dresden
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%
P. Albring ILK Dresden
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 %
P. Albring ILK Dresden
Schema einer Versuchsanlage im ILK Dresden
P. Albring ILK Dresden
Vakuumeiserzeuger mit Speicher, Prototyp 300kWh
P. Albring ILK Dresden
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
P. Albring ILK Dresden
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____________________________________
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