Die thermochemische Energiespeicherung bezogen auf realitätsnahe Anwendungsfälle

Abstract

Die Nutzung von Wärme aus industriellen Wärmeprozessen wurde untersucht, um diese bei Bedarf als regenerative Energiequelle für Nah- und Fernwärmeanwendungen zu nutzen. Zu diesem Zweck werden die folgenden Arbeiten durchgeführt: - Betrachtung von verschiedensten Reaktionsformen, welche für die TCS in Betracht gezogen werden können. Aufgrund dieser Vorauswahl werden die geeignet erscheinenden Reaktionssysteme in Hinblick auf deren Energiedichte und Gleichgewichtstemperatur quantifiziert und bewertet. - Für das gewählte thermochemische Speichermaterial werden die vielversprechendsten Reaktorkonzepte in der Software "IpsePro" modelliert. Ein besonderes Augenmerk bei der Modellierung wird auf die Modularität gelegt, um in späterer Folge die Untersuchung unterschiedlichster TCSM zu ermöglichen. Aufgrund einer Sensitivitätsanalyse mittels "IpsePro" kann ein geeignetes Reaktorkonzept identifiziert werden. - Um eine fundierte Aussage über die Einsetzbarkeit des Reaktorkonzepts tätigen zu können wird dieses Konzept mit verschiedenen Prozesskonfigurationen kombiniert. Da die Performance einer Prozesskonfiguration in nicht unwesentlicher Weise von den Prozessparametern und den Auswirkungen dieser auf das Gesamtsystem abhängen wird mittels einer Sensitivitätsanalyse eine Bewertung durchgeführt. Die ausgewählte Prozesskonfiguration wird in weiterer Folge mittels einer Energie- und Exergieanalyse näher betrachtet, um etwaige Verbesserungspotentiale aufzuzeigen. Außerdem wird eine Analyse der verwendbaren Trägergase durchgeführt. - Aus technischer Sicht kann durch die vorhergehenden Punkte ein geeignetes System zur TCS gefunden werden. Auf Basis dieser Analyse wird die Möglichkeit untersucht das gewählte Gesamtkonzept mit einer möglichen realen Anwendung zu verknüpfen. In Folge dessen wird auch die ökonomische Komponente miteinbezogen und es kann dadurch eine fundierte Aussage über die Einsetzbarkeit der thermochemischen Energiespeicherung getätigt werden.

In the context of this dissertation the thermochemical heat storage is analyzed to store waste heat from industrial processes. At a demand of heat the stored energy is released to supply a district heating network by renewable energy. For this purpose the following works are carried out: - Consideration of different forms of reactions for the thermochemical heat storage. Through a preselection it is possible to quantify and evaluate the best reaction systems with regard to the energy density and the equilibrium temperature. - Promising concepts are modeled for the selected thermochemical heat storage material by the Software -IpsePro-. Through the modular concept of the developed models in -IpsePro- it is possible to use these models for other huge changes in the program source of the -IpsePro- models. It is possible to identify a suitable reactor concept on the basis of sensitivity analysis through "IpsePro". - For profunde knowledge over the usability of the reactor concept it is necessary to combine this concept with different process configurations. A sensitivity analysis shows the influence of the process parameters in relation to the different process configurations to the efficiency of the whole process. The selected process configuration is considered through an energy and exergy analysis to identify possible improvements. The carrier gas which is necessary for the process is separately analyzed. As a result it is possible to identify the most suitable carrier gas for the process. - The previous works in this dissertation identify a suitable system from a technical perspective for the thermochemical heat storage. Based on this analysis the opportunity is proved to connect the selected overall concept to a realistic application. The investigation over the usability of the TCS concept is expanded through an economic anaylsis to find a wellgrounded statement over the applicability of the thermochemical energy storage.