Titelbild Teilprojekt 9

Probleme und Motivation

Die Speicherung von Kaltwasser und Wassereis besitzt viele (theoretische) Vorteile (z. B. ökologischer Speicherstoff, Pumpfähigkeit von Eisbrei) [1]. Jedoch konnten sich Eisbreisysteme aus verschiedenen Gründen nicht durchsetzen (z. B. zu teure Anlagentechnik, zu niedrige Arbeitszahlen). Verschiedene Techniken (Abbildung 1) lassen sich auch nicht auf große Leistungen skalieren bzw. bei der Übertragung auf große Leistungen konnten keine Kostenreduktionen bzw. keine Effizienzsteigerungen erreicht werden.

Illustration Teilprojekt 9
Abbildung 1: Übersicht zu Eisbrei-Erzeugungsverfahren [1]

Ansatz und Aufgaben

Deswegen ist eine verfahrenstechnische Herstellung von Eisbrei erforderlich (z. B. Abbildung 1 d), Injektortechnik). Aufgrund der durchweg positiven Erfahrungen mit großen Kaltwasserspeichern [2] wird eine Kombination beider Techniken angestrebt (z. B. Normal-Betrieb im Kaltwassermodus, Spitzenlast-Betrieb mit optionaler Kapazitäts- und Leistungserhöhung mit Eisbrei). Die wäre für nachträgliche Anpassungen bestehender Nah- und Fernkältesysteme von außerordentlicher Bedeutung (z. B. Pharmaindustrie, kommunale Fernkälte). Es ist auch der Einsatz von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energiequellen möglich (Power-to-Cold). Diese Technologie wäre auch für den Export geeignet. In vielen Großstädten (z. B. in Asien) mit stark begrenzten Flächen- und Raumverhältnissen sind derartige Ansätze von sehr hoher Bedeutung.

Folgende Aufgaben sollen bearbeitet werden:

  • Entwicklung eines Eisbreierzeugungsverfahren auf der Basis von dispergierbaren Mehrstoffsystemen im Modellmaßstab,
  • Entwicklung eines Trenn- und Einspeiseverfahrens in konventionelle Kaltwasserssysteme,
  • hybride Speicherbetriebsweise, Kaltwasser mit thermischer Schichtung, Verteilungsvorgänge bei der Eisbreibeladung, Entladung von Wasser mit niedrigem bis moderatem Eisanteil,
  • Aufbau eines Demonstrators in der technischen Plattform sowie Test, Betrieb, Optimierung,
  • Entwicklung von Ansätzen zur Überführung in den Megawatt-Bereich,
  • Optimierung des Systembetriebs und der Anlagendimensionierung mittels validierter Simulationen.

Ergebnisse

Die Erkenntnisse werden mit dem Fortschritt des Vorhabens vorgestellt.

Veröffentlichungen

Publikationen folgen nach Abschluss der entsprechenden Arbeiten.

Quellen

  1. Urbaneck, T.: Kältespeicher – Grundlagen, Technik, Anwendung. München: Oldenbourg 2012, 479 S. – ISBN 978-3-486-70776-2
  2. Urbaneck, T.; Uhlig, U.; Göschel, T.: Große Kaltwasserspeicher – Stand der Technik in Deutschland. ki – Kälte-, Luft- und Klimatechnik Hüthig 55. Jg. (2019) Heft 12 S. 48-53. – ISSN 1865-5432
  3. Vorbeck, L.; Gschwander, G.; Thiel, P.; Lüdemann, B.; Schossig, P.: Pilot application of phase change slurry in a 5 m³ storage. Applied Energy Volume 109, September 2013, Pages 538-543. studies and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews January 2012.
  4. Niedermaier, S.; Biedenbach, M.; Gschwander, S.: Characterisation and Enhancement of Phase Change Slurries. Energy Procedia Volume 99, November 2016, Pages 64-71.
  5. Kauffeld, M.; Gund, S.: Ice slurry –History, current technologies and future developments. International Journal of Refrigeration 99 (2019) 264–271
  6. Schaaf, J.; Kauffeld, M.: Induction melting boundary layer of ice. In: Pro

Kontakt

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Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Urbaneck

Projektkoordinator und Teilprojektleiter 9

Technische Universität Chemnitz
Fakultät für Maschinenbau
Professur Technische Thermodynamik
09107 Chemnitz

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Dr.-Ing. Mathias Safarik

 

Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH (ILK)
Bertolt-Brecht-Allee 20
01309 Dresden

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Stefan Gschwander

 

Fraunhofer-Institut für Solare
Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

KETEC - Forschungsplattform Kälte- und Energietechnik