Thermische Energiespeicher

Phasenwechselmaterialien (PCM) erhöhen als latente Wärmespeicher die Wärmekapazität von Gebäuden und sorgen für ein stabiles, angenehmes Raumklima. Ihre Arbeitstemperatur ist bei der Produktion von -10 °C bis 80 °C einstellbar.  Besonders interessant ist ihr Einsatz in der Leichtbauweise, da sie in Form von Mikrokapseln direkt in Putze oder Trockenbauplatten eingebracht werden. PCM können außer in Gebäuden auch überall dort eingesetzt werden, wo auf kleinem Raum eine hohe Wärmespeicherfähigkeit gewünscht ist, wie bei Wärme tauschern oder Wasserboilern. Außerdem arbeiten Fraunhofer-Experten an pumpfähigen Hochleistungs kälteträgern wie Eis-Suspensionen zum Einsatz in der Prozess- und Transportkühlung oder im Bereich der Lebensmittelindustrie. Wärme- und Kältespeicherung sind auch durch Ab- oder Adsorptionsprozesse möglich. Diese sogenannte sorptive oder thermo-chemische Wärmespeicherung hat den Vorteil, dass sehr hohe Speicherdichten erreicht und ein breites Temperaturspektrum abgedeckt werden können. Außerdem entfallen thermische Energieverluste während der Speicherperiode.

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Thermische Energiespeicher

Sensible Wärmespeicher

Sensible Wärmespeicherung mit Hilfe von Wasser, Thermalöl, Gestein, etc. wird in vielen Bereichen vom Wohngebäude über industrielle Anwendungen bis hin zu Kraftwerken eingesetzt. Die Zufuhr und Entnahme thermischer Energie äußert sich bei diesen Speichersystemen fühlbar (sensibel) durch eine Änderung der Temperatur. Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher arbeiten an der effizienten Nutzung verschiedener Speicherarten, -geometrien und -materialien. Ein Aspekt ist dabei die saisonale Speicherung von Wärme und Kälte im Untergrund. Neben klassischen geschlossenen Erdwärmetauschersystemen stehen auch offene Systeme im Fokus, in denen Wärme bzw. Kälte durch eine Zirkulation von Formationswasser in geeigneten geologischen Strukturen gespeichert wird. Neben den natürlichen hydrothermalen Reservoiren werden künstliche Formationen, wie Bergbauinfrastrukturen, untersucht. Um den Einsatz von erneuerbaren Energien insbesondere im Wärme- und Kältesektor zu erhöhen, muss die Diskrepanz zwischen der Verfügbarkeit von überschüssiger (z.B. geothermischer) Wärme im Sommer und dem hohen Energiebedarf im Winter effizient angegangen werden. Unterirdische thermische Energiespeichersysteme könnten eine solche replizierbare und intelligente Lösung für den Ausgleich von saisonalen Spitzen im Heiz- und Kühlbedarf bieten. Daher kann die Einbindung von saisonalen Speichern in geeignete Versorgungsstrukturen einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der angestrebten Klimaschutzziele leisten.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

TheMatIK

Wärmespeicher für Industrie & Kraftwerke. Im Projekt TheMatIK wurden metallische Phasenwechselmaterialien (PCM) und metallische Verkapselungen auf ihre Eignung als Wärmespeicher untersucht. 

 

MINAKRIP

Der Einsatz von Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) ist ein vielversprechender Ansatz um Wärme bei geringen Temperaturdifferenzen zu speichern...

 

MissElly

Das Projekt MissElly wird im Verbund bestehend aus der Fraunhofer IEG und der Voltavision GmbH durchgeführt. Das Ziel ist die ganzjährige Bereitstellung von Kälte zur Kühlung von Laboren und Testständen für Leistungselektrotechnik. 

Latentwärmespeicher

Durch den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM) kann thermische Energie in Latentwärmespeichern über längere Zeit gespeichert werden. Expertinnen und Experten der Fraunhofer-Energieforschung arbeiten daran, die Technologie weiterzuentwickeln und in neue Kontexte einzubinden. Dies geschieht beispielsweise im Rahmen der Forschung an organischen und wässrigen PCM-Kapseln deren Baustoffeinbindung sowie der mobilen Klimatisierung durch PCM. Für die Anwendung in Kraftwerken und Industrieparks entwickeln wir unter anderem Hochtemperatur-PCM in Form von Metalllegierungen zur Speicherung von Wärme > 250 °C, wodurch eine Direktverdampfung und Bereitstellung von Prozessdampf bei der Entnahme ermöglicht wird. Im Bereich der Kältetechnik wird Wasser als natürliches PCM in Eisspeichern eingesetzt und deren Einsatz bei der Kopplung der Sektoren Wärme und Kälte und zur Flexibilisierung von Energieversorgungssystemen erforscht.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Heat2Go

Die emissionsfreie Beheizung vollelektrischer Fahrzeuge ist derzeit nur mit einer deutlichen Reduktion der Reichweite möglich. Um dem entgegenzuwirken, wurde ein Hei-zungssystem entwickelt - basierend auf einem schnellladefähigen Wärmespeicher.

 

Wärmespeicher für Industrie & Kraftwerke

Insbesondere metallbasierte Hochtemperaturspeicher können die Fahrweise industrieller Heizkraftwerke flexiblisieren.  

 

PCM Metro II

Das Ziel des Projekts »PCM-Metro II« ist es, die Grundlagen für die Entwicklung materialspezifischer Prüfmethoden zur beschleunigten Alterung von PCM und Messverfahren zur Bestimmung der Degradationsparameter zu entwickeln. 

Thermochemische Wärmespeicher

Thermochemische Speicher basieren auf Sorptionsprozessen, bei denen Wärme durch endotherme Reaktionen gebunden und durch exotherme Reaktionen wieder freigegeben wird. Beispiel hierfür ist die Hydratation (Wasseranbindung) von Salzen wie CaCl2, MgCl2 oder MgSO4. Thermochemische Speicher bieten eine quasi verlustfreie Möglichkeit Wärme zu speichern – und dies bei vergleichsweise hohen Speicherdichten. Im Bereich der thermochemischen Speicherung entwickeln Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher beispielsweise neue Technologien zur Hydrierung und Dehydrierung von thermochemischen Speichermaterialien sowie an der Einbindung dieser Materialien in Speichersysteme. Eine Zukunftstechnologie stellen Metallhydroxide dar, die sich durch eine hohe Speicherdichte und Langzeitstabilität auszeichnen. Diese Technologie erlaubt neben der Speicherung von Wärme in ausgewählten Betriebszuständen auch die Verstromung thermischer Energie.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Saisonaler Wärmespeicher auf der Basis von Zeolithformkörpern

Hydrophile Zeolithe haben eine hohe Wasseradsorbtionskapazität und Adsorptionsenthalpie,...