Foto: S.O.L.I.D. – Gesellschaft für Solarinstallation und Design mbH

Foto: S.O.L.I.D. – Gesellschaft für Solarinstallation und Design mbH

Leitprojekt Tes4seT
Neue thermische Energiespeicher für Gebäude, Industrie und Mobilität

Innovative Technologien für die Kurz- und Langzeitspeicherung von thermischer Energie sind wesentlich für die Versorgungssicherheit und Steigerung der Energieeffizienz bei Energieumwandlung, Energieverteilung und Endverbrauch. Im Leitprojekt Tes4seT werden Technologien für eine neue Generation von kompakten thermischen Energiespeichern erforscht und Konzepte für deren Integration in Energiesysteme von Gebäuden, der Industrie und der Fahrzeugtechnik entwickelt. Im von der AEE Intec geleiteten Projekt kooperieren 19 Forschungspartner und Industrie­unternehmen, die die Basis für weitere industrielle Entwicklungen legen.

Im Gebäudebereich liegt der Fokus auf saisonalen, solarthermischen Speichern basierend auf der Sorptionstechnologie. Es werden neue Sorptionsmaterialien für Niedertemperaturanwendungen erprobt sowie effiziente thermische Speicherelemente für neuartige Solarkollektoren entwickelt. Herkömmliche Wasserspeicher verlieren einen großen Anteil der Wärme im Wärmeaustausch mit der Umgebung. Die neuen Speichersysteme sollen bei verringerter Systemgröße eine verbesserte thermische Leistungsfähigkeit erzielen.

Um die Steigerung der thermischen Effizienz in industriellen Prozessen zu erhöhen, ist die Nutzung von Abwärme ein wichtiger Ansatz. Für den Industriebereich werden im Rahmen des Leitprojekts neuartige thermochemische Speichertechnologien (TCM) sowie neue Phasenwechselmaterialien (PCM) im mittleren Temperaturbereich entwickelt. Wichtige industrielle Sektoren wie die Nahrungsmittel-, Papier- und Zellstoff-, Maschinen- und Chemische Industrie arbeiten mit mittleren Prozesstemperaturen (100 – 250°C). Herkömmliche Speicher in diesem Temperaturbereich sind Dampfakku­mulatoren, die bei hohem Druck und mit nur mäßiger Energiedichte (< 40 kWh/m3) arbeiten. Ein Nachteil ist, dass die Temperatur bei der Beladung und Entladung variiert, obwohl in vielen industriellen Prozessen Wärme in einem definierten Temperaturniveau benötigt wird. PCM-Speicher könnten dieses Problem lösen, da die Wärmespeicherung und Entladung fast isothermisch (d. h. bei gleichbleibender Temperatur) und mit hoher Energiedichte (bis 60 kWh/m3) erfolgt.

Im Mobilitätsbereich sind neue Technologien zur Energiespeicherung vor allem im Markt der Hybrid- und Elektrofahrzeuge und für den Sektor (U-)Bahnfahrzeuge bedeutend. Batterien sollten in einem bestimmten Temperaturfenster (ca. 35°C) geladen oder entladen werden. Sobald die Batterie kälter oder wärmer ist, verringert sich die Lebensdauer dieses Energiespeichers. Da in Hybrid- und Elektroautos die Verfügbarkeit von Wärme geringer ist, als in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, wird hier ein effizientes Wärmeflussmanagement benötigt.

Thermische Subsysteme im Auto, Quelle: Alexandr Mitiuc, fotolia.com
Thermische Subsysteme im Auto, Quelle: Alexandr Mitiuc, fotolia.com

Im Rahmen von Tes4seT wird ein thermisches Speichersystem zum Heizen und Kühlen eines Batteriepakets in E-Fahrzeugen entwickelt. Dabei wird die Sorptionstechnologie angewendet und neue Materialien und Komponenten zur thermischen Konditionierung der elektrischen Batterie werden getestet. Das Gesamtsystem soll in einer simulierten Autoumgebung zum Einsatz kommen.

Ein weiteres Forschungsfeld ist der Einsatz von Wärmespeichern für effiziente Energiesysteme in Schienenfahrzeugen. Dabei werden folgende Themen untersucht:
> Optimierung der unterirdischen Wärmeabgabe von U-Bahnen: Gesucht wird eine Lösung für die Reduzierung der Verlustwärme von HLKK (Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik)-Anlagen in U-Bahnen unter Verwendung von thermischen Energiespeichersystemen.
> Verbesserung des Teillastverhaltens von konventionellen Klima­anlagen: Entwickelt wird ein Kühlkreislauf mit Wärmespeicher, um eine bessere Steuerung herkömmlicher Klimasysteme zu ermöglichen.
> Optimierung des Air-Cycle-Coolings (ACS): Der Wirkungsgrad konventioneller Klimaanlagen kann durch die Verwendung getrockneter Luft am Turbineneintritt angehoben werden. Dazu werden neue Verfahren zur Lufttrocknung z. B. mittels neuer Zeolithe (Molekularsiebe) entwickelt.

DI Reinhard Aigner,  Liebherr-Transportation System GmbH & Co KG, Korneuburg

„Bisher finden Speichertechnologien in Klimaanlagen von Schienenfahrzeugen kaum Beachtung und Verwendung. Im Tes4seT-Projekt erwarten wir neue Impulse und Lösungen, wie Speichertechnologien effizient und leistungsfähig für mobile Anwendungen, bei limitiertem Bauraum und Gewicht, realisiert und das thermische Management von Klimaanlagen verbessert werden können. Dies soll ermöglichen, den Passagierkomfort zu steigern und gleichzeitig die Leistungsaufnahme für den Betrieb der Klimaanlage zu senken.“

DI Reinhard Aigner,
Liebherr-Transportation System GmbH & Co KG, Korneuburg

 

  • Foto: Adrian Pingstone
    Foto: Adrian Pingstone
  • Wärmespeicher für Bahnfahrzeuge, Foto: i2m Unternehmensentwicklung GmbH
    Wärmespeicher für Bahnfahrzeuge, Foto: i2m Unternehmensentwicklung GmbH