Beispielhaftes System:
Warmwassertank mit Prallblech zur Trennung von Warm- und Kaltwasser beim Be- und Entladen.
Größe: Durchmesser = 3,4 m
Höhe = 15 Meter
Wärmespeicherkapazität: 70 MW/h
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Alle AURA Systeme werden in enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickelt, um deren spezifischen Bedürfnisse zu erfüllen.
Thermische Energiespeicher
Die thermische Energiespeicherung (Thermal Energy Storage – TES) ist eine Technologie, die es ermöglicht, die Lücke zwischen einer beliebigen Energiequelle und einem zeitlich versetzten Wärmebedarf zu überbrücken. Ein finanziell attraktiver Betrieb eines TES wird in der Regel dadurch erreicht, dass eine preisgünstige Energiequelle wie Abwärme, günstigen Spitzenstrom aus dem Stromnetz, Wärme aus einem solarthermischen Kraftwerk (Concentrated Solar Thermal, CST) oder andere zum Laden verwendet wird.
Es gibt viele Arten von TES, die nach dem Wärmespeichermaterial (z.B. Stahl, Beton, Wasser), nach dem physikalischen Verhalten des Wärmespeichermaterials (sensibel, latent) oder nach anderen Kriterien unterschieden werden können. Aufgrund der Vielfalt der TES gibt es für fast jeden Kundenprozess eine passende Lösung. Es ist jedoch wichtig, alle Betriebszustände (Laden, Speichern, Entladen) zu berücksichtigen, um das TES auf die Energiequelle und den Verbraucher abzustimmen.
Neben der TES selbst muss auch der Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle, dem Speichermaterial und dem Verbraucher berücksichtigt werden. Dies geschieht durch die Anlagenbilanz (Balance of Plant, BoP), die insbesondere die notwendigen Wärmetauscher, Pumpen, Regelgeräte und andere Komponenten umfasst.
Ein typischer Anwendungsfall eines TES findet sich in hydraulischen Pressenanwendungen, die in der Regel ein zyklisches Lastprofil mit Heiz- und Kühlphasen aufweisen. Für diese Anwendungen haben wir Systeme mit einem direkten Heißölpufferspeicher realisiert, der während der Kühlphase geladen wird und zum Aufheizen entladen werden kann. Eine andere Möglichkeit wäre eine Zwei-Tank-Lösung, bei der heißes und kaltes Öl in verschiedenen Behältern gespeichert werden, wobei einer der Behälter leer sein kann. Bei CST-Systemen waren wir an Projekten mit unterschiedlichen Ansätzen beteiligt, z. B. einem Feststoff-TES für ein Thermoölsystem bis 400 °C oder einem Flüssigkeits-TES für ein Druckwassersystem mit einer Auslegungstemperatur von 240 °C.
The heat transition in the industry requires the implementation of thermal energy storage (TES) systems, which will play a crucial role in the coming years. TES can utilize various principles and storage materials.
Here a use case for large pressure vessels to store hot water.
A particularly challenging type of water storage is the single-tank solution, where a single tank is responsible for storing both the hot and cold mediums. In this system, when the tank is loaded, the hot medium from the heat source enters the tank from the top and displaces the cold medium. Conversely, during the unloading process, the cold medium from the consumer enters the tank from the bottom and displaces the hot medium. Implementing a one-tank solution instead of a two-tank solution can lead to significant cost savings, especially in high-temperature water storage systems where the tank’s wall thickness can be substantial, reaching around 10 mm.
To achieve the maximum energy unloading at the highest temperature level, it is essential to avoid mixing of the medium within the tank and establish a distinct thermocline. To address this, computational fluid dynamics (CFD) is utilized to optimize the flow distribution within the tanks, aiming to minimize the mixing of hot and cold fluids. The results obtained through CFD analysis provide specific inlet geometries for the respective temperature, medium, pressure, and installed volume.
The attached pictures depict the calculated temperature distribution within a single tank during a typical unloading process, showcasing the temperature distribution after 10 minutes, 1 hour, and 3 hours. These visual representations help to understand the effectiveness of the system and the behavior of the temperature profile over time.
