Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines mobilen Sch\u00fcttgutw\u00e4rmespeichers, mit dem Mitteltemperaturabw\u00e4rme aus Biogas-BHKW mittels ISO-Containern \u00fcber die Stra\u00dfe zu geeigneten Abnehmern transportiert werden kann. Die nutzbare thermische Leistung von Biogas-BHKW entspricht insgesamt etwa der elektrischen Leistung. Diese thermische Leistung kann zu etwa 45 % \u00fcber das Abgas, bei Temperaturen von 450 bis 520 \u00b0C und zu etwa 55 % \u00fcber das K\u00fchlwasser, auf einem Temperaturniveau von etwa 80 \u00b0C, bereitgestellt werden.<\/p>\n
Im Vorhaben soll ein Sch\u00fcttgut, vorzugsweise (Quarz)-Kies, als Speichermedium eingesetzt werden. Eine enge Kornverteilung des angestrebten Rundkorns bewirkt ein gleichm\u00e4\u00dfiges Aufheizen und definierte Druckverluste bei der Durchstr\u00f6mung der Sch\u00fcttung. <\/p>\n
Zur Beladung des angestrebten mobilen Sch\u00fcttgutspeichers wird das hei\u00dfe Abgas eines Biogas-BHKWs in die Kiessch\u00fcttung geleitet. Die Durchstr\u00f6mung erfolgt durch den \u00dcberdruck im Abgastrakt ohne weitere Ventilatorunterst\u00fctzung. Durch geeignete Kiesqualit\u00e4ten und -klassierungen kann der Differenzdruck in einem f\u00fcr Motor und W\u00e4rme\u00fcbergang und Gleichverteilung der Str\u00f6mung optimalen Bereich von 3 bis 10 mbar gehalten werden. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenArbeitsschwerpunkte sind die Auswahl geeigneter Kiesqualit\u00e4ten und -klassierungen (Rundkorn verschiedener Kieswerke und Klassierverfahren) \/ Versuche im Technikum zu Druckverlusten f\u00fcr diese speziellen Kiese und Isoliermaterialien (zwischen Kies und Beh\u00e4lter bzw. zwischen Beh\u00e4lter und Container) \/ Entwicklung, Konstruktion, Fertigung sowie Montage Pilotspeicher im 20-Fu\u00df-Container f\u00fcr Probebetrieb und praxisbasierte Alterungsversuche \/ Meilenstein \u0084Proof of Concept” im realen Ma\u00dfstab \/ Optimierungen \/ Feldtests an Biogasanlage.<\/p>\n
Die Bestimmung der erforderlichen Gr\u00f6\u00dfe der Sch\u00fcttgutk\u00f6rner f\u00fcr angestrebte Druckverluste soll auf Basis der Ergun-Gleichung erfolgen, in die Gastemperatur, -druck, -dichte, -viskosit\u00e4t, Partikeldurchmesser, L\u00fcckengrad, die Sutherland-Konstante sowie weitere spezifische Parameter eingehen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Verwendung von ISO-Containern (Standard-\u00dcberseecontainer) war urspr\u00fcnglich vorgesehen. Zur Erh\u00f6hung der durch das zul\u00e4ssige Gesamtgewicht beim Stra\u00dfentransport beschr\u00e4nkten Speicherkapazit\u00e4t wurde dies in einen Containerrahmen mit Planenaufbau ge\u00e4ndert. Hierdurch wird Gewicht im Bereich der Seitenw\u00e4nde und des Daches eingespart, so dass mehr Kies und damit mehr W\u00e4rme transportiert werden kann. Im Rahmen der Technikumsversuche wurde kein Kondensatanfall beobachtet. Die an den Beh\u00e4lterb\u00f6den angebrachten Entnahmestutzen f\u00fcr das Kondensat blieben immer trocken. Der Grund hierf\u00fcr ist vermutlich, dass die beim Kontakt mit kaltem Kies lokal auskondensierende Feuchte direkt wieder durch das nachstr\u00f6mende warme Gas verdampft wird. Da bei den Technikumsversuchen keine Kondensation von Wasser beobachtet werden konnte, wurde vom Projektteam angenommen, dass dieser Effekt auch beim mit Biogas-BHKW-Abgas beaufschlagten Prototypen nicht der Fall sein wird. Das Gleiche gilt f\u00fcr den Anfall von schwefliger S\u00e4ure bzw. Schwefels\u00e4ure. Aus diesem Grunde wurde auch auf die Verwendung von Edelstahl als Material f\u00fcr den Speicherbeh\u00e4lter verzichtet. Die urspr\u00fcngliche Kiesmenge beruhte auf der Annahme vergleichsweise d\u00fcnner Beh\u00e4lterw\u00e4nde. Da diese W\u00e4nde auf Basis der durchgef\u00fchrten FEM-Berechnung ebenso wie die Verrippung deutlich st\u00e4rker und damit schwerer ausgef\u00fchrt wurden (knapp 12 Tonnen), musste zur Einhaltung des zul\u00e4ssigen Gesamtgewichts f\u00fcr den Stra\u00dfentransport die Kiesmasse auf etwa 8 Tonnen bei 40 Tonnen Gesamtgewicht, etwa 12 Tonnen bei 44 Tonnen Gesamtgewicht verringert werden. Die durchgef\u00fchrten Messungen bei der Entladung des Speichers ergeben eine W\u00e4rmeauskopplung des Speichers vom gut 2 MWh. Es wurde urspr\u00fcnglich von einer Speicherkapazit\u00e4t von rund 2,5 MWh ausgegangen. Dieses Ergebnis ist beachtlich, da die Mehrmenge an Stahl \u00fcber eine etwas geringere W\u00e4rmespeicherkapazit\u00e4t verf\u00fcgt als die Mindermengen an Kies und der Speicher nicht vollst\u00e4ndig beladen war.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentationen im Rahmen von Kundenfachgespr\u00e4chen, Messen etc. erfolgen im Nachgang zur Projektlaufzeit. Der Grund hierf\u00fcr liegt darin, dass der mobile W\u00e4rmespeicher mit deutlicher Verz\u00f6gerung fertiggestellt wurde und beispielsweise der Praxistest mit der Beladung an einer Biogasanlage und Entladung bei einem Industriebetrieb erst nach Ablauf der Projektlaufzeit durchgef\u00fchrt wurde.
\nDie Firmen Steverding, Hemsing und dezentec betreiben die Entwicklung mit eigenen Mitteln weiter.
\nDaher haben die vorgenannten Firmen ein hohes Eigeninteresse an der Ver\u00f6ffentlichung der Entwicklungsergebnisse.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Eignung von Sch\u00fcttgut, hier speziell (Quarz-)Kies als W\u00e4rmespeichermaterial f\u00fcr die Be- und Entladung im direkten Gas-Feststoffkontakt konnte sowohl im Technikum als auch bei dem Prototyp erfolgreich nachgewiesen werden. Besonders die Einsatzm\u00f6glichkeit von verschiedenen Korngr\u00f6\u00dfen des Kieses f\u00fcr die jeweilige Be- und Endladesituation macht das System f\u00fcr viele Anlagen nutzbar. Hierdurch wird eine hohe Einsatzflexibilit\u00e4t gew\u00e4hrleistet.
\nDie Umweltbilanz der mobilen W\u00e4rmespeicherung ist, wie erwartet sehr gut. Die durch die mobile Speicherung genutzte Abw\u00e4rmemenge ist um einen Faktor von etwa 20 – 30 gr\u00f6\u00dfer als die f\u00fcr den LKW-Transport ben\u00f6tigte Energie. Selbst bei konservativen Annahmen, wie einer pro Fahrt transportierten W\u00e4rmemenge von nur 2.000 kWh und der betrachteten Maximaldistanz des Transports von 10 km, ben\u00f6tigt der LKW f\u00fcr Hin- und R\u00fcckweg nur vier Prozent der transportieren Energiemenge.
\nDie Konstruktion des Prototyps des mobilen Sch\u00fcttgutw\u00e4rmespeicher ist, bedingt durch die hohen Kr\u00e4fte, die das Sch\u00fcttgut durch die W\u00e4rmedehnung auf die Wandungen aus\u00fcbt, sehr komplex, arbeits- und materialintensiv. Die FEM- Berechnung hat gezeigt, dass in dieser Ausf\u00fchrung ein gro\u00dfer Materialeinsatz gefordert wird, um eine ausreichend hohe Stabilit\u00e4t in das System zu bringen. Die aufwendige Konstruktion der Verippung f\u00fchrt zu aufwendigen Schwei\u00dfarbeiten, die sehr viele Arbeitsstunden erfordern. Die Kosten zur Erstellung des Prototyps sind daher sehr hoch und nicht marktf\u00e4hig. W\u00e4hrend des Projektes kam es durch den Fachkr\u00e4ftemangel, die Corona Krise, Turbulenzen am Stahlmarkt bez\u00fcglich Preisen und Lieferzeiten zur Zeit des Baubeginns des W\u00e4rmespeichers und durch erhebliche Lieferschwierigkeiten selbst einfacher Komponenten wie LKW-Planen zu einem Verzug in der Projektlaufzeit.
\nDie Firmen Steverding, Hemsing und dezentec werden auch nach Ablauf des DBU-Projektes weiter an der Optimierung des mobilen Sch\u00fcttgutw\u00e4rmespeichers arbeiten. Hierbei wird insbesondere eine Kostenreduktion durch Vereinfachung der Konstruktion im Vordergrund stehen.
\nDie allgemeine Situation am W\u00e4rmemarkt hat sich seit Projektbeginn 2018 deutlich ver\u00e4ndert. Die deutlich gestiegene Nachfrage nach nachhaltigen Energiequellen f\u00fchrt umso mehr dazu, das W\u00e4rmespeichersystem weiter zu verbessern und somit eine zus\u00e4tzliche M\u00f6glichkeit der Bereitstellung von W\u00e4rme zu bieten. Die mobile W\u00e4rmespeicherung wird in Zukunft einen Beitrag zum Ausbau der W\u00e4rmenetze leisten k\u00f6nnen.<\/p>\n
Kurz zusammengefasst:
\n\u0095\tDie untersuchte Technik der W\u00e4rmespeicherung in Kies-Sch\u00fcttgut funktioniert gut.
\n\u0095\tDer Prototyp besitzt noch keine Marktreife.
\n\u0095\tDas Patent wurde im Februar 2023 erteilt.
\nDie Entwicklung wird von den beteiligten Firmen nach dem Projektende eigenst\u00e4ndig fortgef\u00fchrt<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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