Auslegung und Konstruktion einer 200[kW]th-sandTES Pilotanlage

Abstract

Inhalt dieser Diplomarbeit ist die Auslegung und die zugehörige Ausarbeitung eines 3D-Modells einer 200[kW]th sandTES-Pilotanlage. Die Ausarbeitung ist Grundlage für die Ausschreibung an einen Stahlbauer zur Umsetzung des Versuchsstandes. Der Begriff sandTES leitet sich aus der Abkürzung für thermische Energiespeicher (TES) und dem hier eingesetzten Energiespeichermedium Sand her. Das sandTES-Prinzip zur Energiespeicherung, beruht auf den Ideen von Roland Eisl (ENRAG), Markus Haider und Franz Holzleithner (Institut für Energietechnik und Thermodynamik, TU-Wien). Das Prinzip nutzt die Fließfähigkeit von fluidisiertem Sand, um den exergetisch effizientesten Fall des Gegenstrom-Wärmetauschers umzusetzen. Es wurden erste Vorversuche durchgeführt, um Fragen zu den Fluidisierungseigenschaften des verwendeten Sandes zu klären. Ebenso wurden verschiedene Lochbleche und deren Eigenschaften als eventuelle Gasverteiler der geplanten Pilotanlage untersucht. Die Ergebnisse wurden ebenfalls in die vorliegende Diplomarbeit aufgenommen. Sie zeigen eine gute Übereinstimmung mit den theoretischen Korrelationen der Wirbelschichttechnologie. Die im Labor, des Instituts für Energietechnik und Thermodynamik an der TU-Wien, vorhandenen Hilfsaggregate, das Gebläse zur Bereitstellung der Fluidisierungsluft, die Thermo-Öl-Anlage zur Beheizung der Pilotanlage, sowie der Rekuperator zur Vorwärmung der Fluidisierungsluft, sind nicht Teil der Konstruktionsaufgabe. Die technischen Daten der Hilfsaggregate werden angeführt und ihre Einbindung in die geplante Pilotanlage ist im zugehörigen Fließschema dargestellt.<br />

Topic of this diploma-thesis is the dimensioning and the appendant construction of a 3D-Model to specify a 200[kW]th sandTES- pilot plant. The construction is used for a tender to realize the testing plant. The term sandTES derives itself from the acronym of thermal Energy Storage (TES) and the used storage material sand. The sandTES-principle for storing Energy is based on the ideas of Roland Eisl (ENRAG), Markus Haider und Franz Holzleithner (Vienna University of Technology, Institute for Energy Systems and Thermodynamics). It uses the ability of fluidized sand to flow, to implement the exergetical most efficient way to exchange heat in a counter current mode. Furthermore, this thesis includes the first experimental studies in regard to detect the fluidizationproperties of the afterwards used sand. Also perforated metal plates were examined for later use as gas distributors in the pilot plant. The results are presented in this thesis. They are in good agreement with the theoretical correlations of the fluidized bed theory. The ancillary units present in the laboratory of the Institute for Energy Systems and Thermodynamics, the blowers to supply the needed air to fluidize the sand, the thermal-oil-system to heat the pilot plant and the recuperator to preheat the air, are not part of the 3D-modelling in this thesis. Their technical specifications are listed and their integration into the pilot plant is shown in the belonging flow sheet diagram.