Forschungsbericht 2017

Green Storage Grid

Multifunktionale Energiespeicher

Forschungshintergrund, -ziel und Vorgangsweise

Am Standort Dürnrohr der EVN erzeugen ein Kraftwerk und eine Müllverbrennungsanlage Dampf, dieser wird in einen gemeinsamen Wärmeknoten eingespeist und kann verschiedenen Nutzungen zugeführt werden. Zum einen wäre da die „klassische“ Verstromung in Dampfturbinen, andererseits wird der Dampf aber auch für industrielle Prozesse genutzt und als Fernwärme gebraucht.

Während die Wärmeleistung des Kraftwerks gut plan- und regelbar ist, ist die Leistung der Müllverbrennungsanlage immer vom jeweiligen Müllheizwert am Rost abhängig, und kann daher schwanken. Im Wärmeverbund mit dem Kraftwerk kann das Kraftwerk diese Schwankungen über die Feuerungsregelung ausgleichen, allerdings sind in den letzten Jahren die Einsatzstunden der thermischen Kraftwerke stetig zurückgegangen. Neben den genannten Regelungstechnischen Besonderheiten der Müllverbrennung kann es ‑insbesondere im Winter‑ auch zu kurzfristigen Wärmebedarfsspitzen kommen.

Eine technisch interessante Möglichkeit, um diese Herausforderungen besser bewältigen zu können, ist ein Wärmespeicher im Wärmeknoten Dürnrohr. Neben technischen, bekannten Wärmespeicherlösungen wie Warmwasser- oder Dampfspeichern, gibt es aber auch interessante Forschungsansätze, innovative Wärmespeicherlösungen zu entwickeln.

Eine solche Technologieentwicklung wurde im Projekt Green Storage Grid vorangetrieben. Das Forschungsprojekt wurde federführend von der TU Wien geleitet und im Zuge des FFG-Forschungsprogramms COMET in der Programmlinie K-Projekte gefördert.

Als Wärmespeichermedium wurden verschiedene Systeme eingesetzt, z.B. Festbett-Wärmespeicher mit Steinschüttungen als Wärmespeicher oder fluidisierter Sand in einer speziellen Wirbelschicht (Projekt „SandTES“).

Die „SandTES“-Anlage besteht aus zwei Sand-Silos ‑je einem kalten und einem warmen Silo, einem Becherwerk zum Transport des Sandes zu bzw. vom Wärmetauscher sowie aktiven Gegenstrom Fließbett Wärmetauscher für die Wärmeübertragung aus dem Dampf des Wärmeknotens in das speichermedium Sand. Für eine optimale Wärmeübertragung zwischen dem Dampf in den Rohren des Wärmetauschers und dem Sand wird der Sand fluidisiert. Die Fließfähigkeit des pulverförmigen Speichermediums Sand im fluidisierten Zustand ermöglicht das energetisch besonders effiziente Gegenstromverhalten des Wärmetauschers. 

Beim Ladezyklus wird aus dem kalten Sand-Silo über die Fördertechnik in den Fließbettbehälter befördert. Das fluidisierte Speichermaterial fließt dann vom Eintritt zum Austritt des Fließbettbehälters und wird dabei im Gegenstrom durch die vom Dampf durchströmten Rohre erhitzt. Nachdem das Speichermedium aus dem Fließbettbehälter ausgetreten ist wird es in das heiße Silo befördert. Der Entladezyklus funktioniert grundsätzlich wie der Ladezyklus. Der Unterschied ist, dass die Strömungsrichtungen von Speicher- und Wärmetauscher-Medium umgekehrt werden.

Vorteile der drucklosen Hochtemperatur-Energiespeicherung sind die hohen Temperaturniveaus in den Speichern und die hohe Energiespeicherdichte.

Durch den Einsatz solcher Wärmespeicher können Bedarfsspitzen geglättet werden und der Einsatz von Hilfskesselanlagen vermieden werden. So können gleichzeitig sowohl die Versorgungssicherheit gesteigert werden, als auch die CO2-Emissionen gesenkt werden.

Weitere Daten und Fakten

Standort der „SandTES“-Anlage: TU Wien, Arsenal, 1030 Wien

Leistung von 280kW (thermisch)

In Betrieb seit 2016

Weitere Projekte

1.) „CO2USE“ – Biokunststoff aus CO2, Algen und Sonnenlicht, Forschungsprojekt gemeinsam mit Universität für Bodenkultur Wien
2.) „wind2hydrogen“ – Wasserstoff aus Windstrom, Demonstrationsanlage gemeinsam mit OMV, Fronius, Energieinsitut an der JKU und HyCentA