Thermochemische Energiespeicherung : Planung und Aufbau eines Schneckenreaktors für Kaltversuche

Abstract

Die thermische Energiespeicherung gewinnt im Bereich des effizienten Energiemanagements immer mehr an Bedeutung. Vor allem thermochemischen Speichersystemen wird ein hohes Entwicklungspotenzial zugesprochen. Sie zeichnen sich durch hohe Speicherleistungen und verlustarme sowie langzeitstabile Lagerfähigkeit aus. Am Institut für Energietechnik und Thermodynamik wurden in der Vergangenheit thermogravimetrische Untersuchungen zu verschiedenen Speichermaterialien durchgeführt. Das reversible Reaktionssystem MgO/Mg(OH)2 zeigte dabei die besten Voraussetzungen für die Umsetzung eines Energiespeicherprozesses. In weiterer Folge ist die Konstruktion eines Versuchsreaktors geplant, an dem Lade- und Entladevorgänge mit größeren Massendurchsätzen durchführbar sind. Zu diesem Zweck wird unter anderem das Konzept des Schneckenreaktors untersucht. Diese Arbeit befasst sich mit der Gestaltung und dem Aufbau eines Versuchsstandes, der zunächst für Kaltversuche herangezogen werden soll. Damit sollen das Durchmischungsverhalten und der Gas-Feststoffkontakt unter verschiedenen Betriebsbedingungen untersucht werden. Die neuen Erkenntnisse werden dann für die Modellierung und Umsetzung eines Heißmodells genutzt. Der Kaltversuchsstand konnte in der vorgegebenen Zeit realisiert werden. Ein Funktionstest und erste Förderversuche mit Quarzsand waren erfolgreich. Gleichzeitig wurden Berechnungen zum indirekten Wärmeübergang zwischen Schüttung und dem Heizmedium durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei der gewählten Dimensionierung ein Aufheizen und Abkühlen des Speichermaterials zwar möglich ist, die optimalen Temperaturbereiche für die Hydration- und Dehydrationsreaktion werden jedoch allein durch die indirekte Wärmeübertragung nicht möglich sein.

Thermal energy storage is gaining more and more importance in the field of an efficient energy management. Experts attribute great potential to thermochemical storage-systems. These are characterised by a high storage performance and a low-loss as well as long-term storage stability. At the Institute for Energy System and Thermodynamics multiple thermogravimetric analysis on different storage materials have been performed. The reversible reaction system MgO/Mg(OH)2 has shown the best qualities for the realization of a working storage process. As a consequence the next step is to design an experimental reactor, where charging- and discharching tests at larger mass flows can be executed. For this purpose different reactor-concepts are investigated, including the auger-type reactor. This thesis deals with the design and construction of an experimental rig, which is firstly used for experiments at normal ambience conditions. In order to that the mixing-behaviour and the gas/solid contact are investigated at different operating conditions. The acquired knowledge is then used to design and construct a tempered reactor. The experimental rig was designed and assembled on time. A functioning test and first experiments with quartz sand where successfully performed. In addition to that calculations on the indirect heat transfer between the reactor-filling and the heating fluid where made. The results show, that heating and cooling of storage material is possible, however the ideal temperature range for hydration and dehydration is not reached by indirect heating.