Die Industrie zu Gast am MOPUW: Kampagne zur erweiterten Validierung für Wärmespeicher gestartet
23. April 2024
Die Industrie zu Gast am MOPUW: Kampagne zur erweiterten Validierung für Wärmespeicher gestartet
Industrie zu Gast am MOPUW
Die Hochtemperaturwärmespeicher des Industriepartners ENERGYNEST werden für die Validierungs-Versuche extern mit dem mobilen Pumpen- und Wärmeträgerteststand verbunden.
Der mobile Pumpen- und Wärmeträgerprüfstand MOPUW auf dem DLR-Gelände in Köln bietet Möglichkeiten zur technischen Qualifizierung von Schlüsselkomponenten für die industrielle Energiewende.
Die Versuchsanlage stößt auf zunehmendes Interesse der Industrie, so dass nun die erste Industriekampagne gestartet wurde.
Mit den so genannten ThermalBatteriesTM, Hochtemperatur-Wärmespeicherelementen der Firma ENERGYNEST, soll deren Fähigkeit, Temperaturschocks jenseits der heutigen technischen Spezifikation zu überstehen, validiert und bestätigt werden.
Die Speicherelemente werden mit steilen Temperaturanstiegen (Gradienten) durch vom MOPUW konditionierte Wärmeträgerflüssigkeit in einem Temperaturbereich von bis zu 400 Grad Celsius be- und entladen.
Thermische Speicher spielen mit ihrer Pufferfunktion eine wichtige Rolle beim Übergang von einer fossilen zu einer regenerativen Energieversorgung der Industrie.
Das DLR und der Industriepartner ENERGYNEST wollen mit dem mobilen Pumpen- und Wärmeträgerprüfstand MOPUW Praxis- und Betriebserfahrungen für neue Wärmeträger und Hochtemperaturwärmespeicher sammeln.
Die Festkörper-Wärmespeicher von ENERGYNEST (ThermalBatteries™) werden mit der vom MOPUW bereitgestellten Wärmeträgerflüssigkeit bei kontrollierten Temperaturen von bis zu 400 Grad Celsius mit definierten Temperaturgradienten geladen und entladen. Damit soll ihre Fähigkeit überprüft werden, Temperaturschocks weit über die derzeitigen technischen Beschränkungen hinaus zu widerstehen.
Externer Speicher-Anschluss in Köln-Porz
In der aktuellen Kampagne wird das Freigelände der MOPUW-Testanlage auf dem Gelände des DLR in Köln erstmals für den Betrieb und die Demonstration von Technik eines externen Wärmespeicherunternehmens genutzt. Im Außenbereich des Teststands können umfangreiche Systemkonfigurationen angeschlossen und betrieben werden, ohne die räumlichen Einschränkungen des Testcontainers selbst. Die Steuerung der Versuchsanlage wurde im Rahmen des Projekts um die Anbindung externer Sensoren für Durchfluss und Temperatur und den autonomen Betrieb mit definierten Temperaturgradienten der Wärmeträgerflüssigkeit (HTF) erweitert. Das thermische Laden und Entladen einzelner Elemente der ThermalBattery™ kann mit diesem System einer beschleunigten Prüfung unterzogen werden. Darüber hinaus kann die maximale Temperatur des im MOPUW verwendeten silikonbasierten HTF bei 450 Grad Celsius über Tausende von Stunden betrieben werden. Damit liegt die Betriebstemperatur deutlich oberhalb der anderen auf dem Markt erhältlichen Wärmeträgeröle.
„Wir wissen, dass das DLR mit seiner langjährigen Erfahrung im Bereich innovativer und leistungsstarker Wärmeträgerfluide zu den kompetentesten Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet gehört. Wir erwarten, dass diese hochflexible, hochmoderne Testanlage uns wertvolle Erfahrungen mit zuverlässigen Ergebnissen aus dem Betrieb unserer thermischen Elemente mit einem neuen, umweltfreundlicheren HTF für eine potenziell breitere Anwendbarkeit liefern wird“, sagt Nils Høivik, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei ENERGYNEST.
Wärmespeicher als Baustein einer erneuerbaren Energieversorgung
Zur Umsetzung der Energiewende im Einklang mit den Grundsätzen des Europäischen Green Deal und der dafür erforderlichen Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energiequellen im Netz sowie in industriellen Prozessen, ist die Zwischenspeicherung von Energie ein essentieller Baustein der Gesamtlösung. Vor allem industrielle Verbraucher benötigen thermische Energiespeichertechnologien, um die Versorgung mit sauberer und grüner Wärme rund um die Uhr sicherzustellen. Zu diesem Zweck eingesetzte Pufferspeicher sind daher für den Übergang von der fossilen zur erneuerbaren Energieversorgung unerlässlich. Durch die Speicherung und bedarfsgerechte Bereitstellung von Ökostrom, Wärme und Dampf können die CO2-Emissionen verringert und die Versorgungssicherheit gleichzeitig erhöht werden. Je nach benötigter Temperatur, Energiequelle und Verbraucher sind verschiedene Speichertechnologien auf dem Markt erhältlich. Wenn ausreichend oder überschüssige grüne Energie zur Verfügung steht, können thermische Energiespeicher beispielsweise mit Wärmeträgerflüssigkeiten bei hohen Temperaturen geladen werden, bis sie aufgeladen sind, also die Wärme des Öls aufgenommen haben. Später fließt kaltes Öl in umgekehrter Richtung durch das System und sie werden entladen, wodurch die Wärme wieder an die Flüssigkeit abgegeben wird und bei Bedarf dort zur Verfügung steht, wo sie benötigt wird.
Erweiterung des MOPUW um eine externe Teststrecke
Das Laden und Entladen der ThermalBatteryᵀᴹ von ENERGYNEST wird mittels Bereitstellung heißer beziehungsweiser kühler Wäremträgerflüssigkeit durch den MOPUW erreicht.
Das norwegische Unternehmen ENERGYNEST ist Entwickler und Hersteller von modularen, skalierbaren, thermischen Hochtemperatur-Festkörperspeichersystemen, die unter dem Namen ThermalBattery™ vermarktet werden. Diese Systeme können thermische Energie in Form von Dampf oder direkter Wärme für industrielle Prozesse speichern und bereitstellen, die typischerweise bei Temperaturen von 150 bis 400 Grad Celsius arbeiten. Die einzelnen Module des Systems haben die Größe von 20-Fuß-Schiffscontainern mit einer thermischen Speicherkapazität von bis zu 1,5 MWh und mehr, was ein skalierbares Systemdesign mit installierten Gesamtkapazitäten von 5 bis mehr als 1.000 MWh ermöglicht.
Der mobile Pumpen- und Wärmeträgerprüfstand MOPUW ermöglicht die Demonstration und Erforschung neuer und umweltfreundlicherer Wärmeträgerflüssigkeiten. Gleichzeitig können dort typische Komponenten des Wärmeträgerkreislaufsystems wie Pumpen, Heizungen oder extern angeschlossene thermische Energiespeicher in technisch relevanten Größen gezielt getestet werden. Dazu werden sie im Prüfstand mit Wärmeträgerflüssigkeit bei kontrollierter Temperatur, Durchfluss und Druck versorgt.
„Wir freuen uns, dass der im Rahmen des SING-Forschungsprojekts konzipierte, gebaute und erstmals betriebene MOPUW-Prüfstand auf Interesse bei der Industrie stößt. Tatsächlich ist die Vorhersage des zukünftigen Bedarfs und der damit verbundenen Fragestellungen eine der größten Herausforderungen bei der Konzeption solcher Versuchsanlagen“, berichtet DLR-Projektleiterin Nicole Janotte.
Forschende des Instituts für Future Fuels betreiben den MOPUW-Teststand im Rahmen des Projekts SING (Silicone Fluid Next Generation). Vorrangiges Ziel des Projektes ist es, die Stromgestehungskosten von solarthermischen Parabolrinnen-Kraftwerken zu senken. Das DLR ist der Projektkoordinator und inzwischen Eigentümer der Anlage. Weitere Projektpartner im SING-Projekt sind die DICKOW Pumpen GmbH, de WACKER Chemie AG, flucon, TÜV NORD und Senior Flexonics. Assoziierte Partner sind heat 11, Flagsol, Rioglass, RWE, STEAG und das spanische Forschungszentrum CIEMAT im Auftrag des DLR.
Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.
