02_ETH_ESC_Steinfeld_Thermal Energy Storage_2016
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Die Zukunft der Energiespeicher 14-12-2017, ETH Zürich Die Rolle von Hochtemperatur‐Wärmespeicherung Andreas Haselbacher Aldo Steinfeld Hochtemperatur-Wärmespeicherung Thermische Energie Thermische Energie Hochtemperatur -Wärmespeicher Chemische Energie Elektrische Energie Thermische Energie Chemische Energie Thermische Energie Elektrische Energie 1 Stromspeicherung AACAES – Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage Akhil et al., DOE/EPRI 2013 Electricity Storage Handbook Stromspeicherung Huntorf (Deutschland) Seit 1978, 321 MW, 40% Diabatic McIntosh (USA) Seit 1982, 110 MW, 55% 2 Hochtemperatur-Wärmespeicherung Ausgereiftheit Kapazität GWh Niedertemperatur Mitteltemperatur Sensible Wärmespeicher Hochtemperatur MWh Latente Wärmespeicher kWh 100 °C Temperatur h Thermochemische Wärmespeicher 400 °C d Speicherdichte y Dauer 9 Packed-Bed Packed-Bed of Rocks of Rocks ─ Concept Thermoclines Charging Discharging Charging • Applied Energy 137, pp. 812–822, 2015. 3 Packed-Bed Packed-Bed of Rocks of Rocks ─ Concept • Air as HTF • Applicability in a wide range of temperatures • No degradation or chemical instability • No safety concerns • Mechanical stability due to conical shape • Direct heat transfer between storage material and HTF • High efficiency charging-discharging • Low-cost (~15 SFr/kWh) Transient energy conservation in two phases (solid/gas): Rate of change in = Convective + Conductive + Radiative heat transfer Internal Energy • Applied Energy 137, pp. 812–822, 2015. Packed-Bed of Rocks ─ Pilot 6.5 MWhth Thermal Storage Pilot in Biasca, Switzerland Tout 640C 95% 4m Depth: 3.5 m 4 Packed-Bed of Rocks ─ Industrial 7 GWhth Thermal Storage in Ait Baha, Morocco • 4 MW solar thermal power 6m 13.5 m Depth: 8 m Combined Sensible/Latent Heat Discharging PCM • AlSi12 (m.p. 572 C) • Heat of fusion = 466 kJ/kg • Encapsulation: steel (316 mm i.d., 1 mm thick) • mPCM = 9.6 kg • mrocks = 245 kg • Applied Thermal Engineering 70, pp. 316-320, 2014. • Applied Thermal Engineering 101, pp. 657–668, 2016. 5 AACAES Pilotanlage Quelle: ALACAES 120 m 5m T=550 °C T=35 °C S Druckpropfen L Wärmespeicher Druckpropfen Kompressor Pionierleistung: • Weltweit erste AA-CAES Anlage mit kombiniertem Wärmespeicher • Speicherung von sensibler Wärme: 10 MWh • Speicherung von latenter Wärme: 500 kWh 2 AACAES Pilotanlage Quelle: ALACAES Quelle: ALACAES 120 m 5m Druckpropfen T=550 °C T=35 °C S L Wärmespeicher Druckpropfen Kompressor Pionierleistung: • Weltweit erste AA-CAES Anlage mit kombiniertem Wärmespeicher • Speicherung von sensibler Wärme: 10 MWh • Speicherung von latenter Wärme: 500 kWh 2 6 AACAES Pilotanlage Quelle: ALACAES 120 m 5m T=550 °C T=35 °C S Druckpropfen L Wärmespeicher Druckpropfen Kompressor Pionierleistung: • Weltweit erste AA-CAES Anlage mit kombiniertem Wärmespeicher • Speicherung von sensibler Wärme: 10 MWh • Speicherung von latenter Wärme: 500 kWh 2 AACAES Pilotanlage PCM: Al68.5Cu26.5Si5 m.p. 525 °C 120 m 5m Druckpropfen T=550 °C T=35 °C S L Wärmespeicher Druckpropfen Kompressor Pionierleistung: • Weltweit erste AA-CAES Anlage mit kombiniertem Wärmespeicher • Speicherung von sensibler Wärme: 10 MWh • Speicherung von latenter Wärme: 500 kWh 2 7 AACAES Industrial Kapazität 500 MWhel Minimaler/maximaler Druck 80/100 bar Benötigtes Kavernenvolumen 170’000 m3 Berechnete Effizienz 70-75% 2.2 km 10 m Kavernenzentrale PSKW Linth-Limmern: rund 200’000 m3 2 Acknowledgments • Funding Agencies KTI • Industrial Partner • Academic Partners • PhD Students Viola Becattini Lukas Geissbühler 8
