Hochtemperatur-Wärmespeicher / 14.09.2017

Gießerei nutzt Abwärme eines Schmelzofens

Feststoffschüttung und Temperatursensorik nach der Befüllung des Versuchsspeichers. © ZAE Bayern

Forscher des ZAE Bayern entwickeln gemeinsam mit Industriepartnern ein kostengünstiges Energiespeichersystem für industrielle Abwärme. Es soll die Abwärme eines Gießerei-Schmelzofens der Metallindustrie als Prozess- oder Heizwärme nutzbar machen.

 

Das Speichersystem soll es ermöglichen, diskontinuierlich anfallende Abwärme für Prozesse zu nutzen, bei denen dies bisher nicht wirtschaftlich war. Im Frühjahr 2018 wollen die Wissenschaftler in der Gießerei Heunisch eine Demonstrationsanlage in Betrieb nehmen.

Adsorptionswärme- bzw. Kältemaschine ergänzt den Speicher

Designmodell des Speichers © ZAE Bayern

Gemeinsam mit der Gießerei und dem Anlagenbauer Küttner entwickeln die Forscher das System zur Abwärmenutzung. Es besteht aus einem Wärmespeicher für Temperaturen bis 300 °C, einer Absorptionswärme- bzw. -kältemaschine zur Transformation der Wärme auf Nutztemperatur und ein übergeordnetes Energiemanagementsystem. Als Demonstrationsanlage soll die Anlage die Abwärme eines  Gießerei-Schmelzofens (Kupolofen) speichern und während der Stillstandzeiten Prozess- und Heizwärme bereitstellen.

Zweistoff-Hochtemperatur-Wärmespeicher

Die Außenansicht des Pilotspeichers mit dem Teststand © ZAE Bayern

Kernkomponente ist der Hochtemperatur-Wärmespeicher. Er ist als Zweistoffspeicher ausgeführt. Hierbei wird eine Feststoffschüttung aus Gestein direkt von einem flüssigen Wärmeträger umströmt. Der drucklos betriebene Speicher kann zu geringeren Kosten hergestellt werden als beispielsweise Druckwasserspeicher oder Thermoölspeicher. Im Projektverlauf wurden zunächst die Eignung unterschiedliche Gesteinsarten untersucht. Im Anschluss erprobten die Wissenschaftler das Speicherkonzept. Hierzu bauten sie einen Versuchsspeicher mit einem Volumen von ca. 670 Liter. Dieser erreichte Entladeleistungen von bis zu 250 kW (Entladung von 210 auf 100 °C) bei hoher Effizienz. Dies übertrifft die Anforderungen im Pilotbetrieb deutlich.

Um Prozesskälte sowie Heizwärme bereitstellen zu können, passen die Forscher eine Absorptionswärmepumpe auf den Betrieb mit Thermoöl als Wärmeträger an. Sie bereiten die Integrierung der Absorptionswärmepumpe in das bestehende Energiesystem der Gießerei.

Abwärme als Prozess- oder Heizwärme nutzen

Energieintensive Industriebetriebe, wie zum Beispiel Gießereien oder Zementwerke, können ihren Energieverbrauch erheblich senken, wenn sie ihre Abwärme als Prozess- oder Heizwärme weiter verwerten. Allerdings ist es insbesondere bei diskontinuierlich anfallender Abwärme oberhalb von 100 °C oft schwierig, wirtschaftliche Anwendungen zu realisieren. Dies liegt an den hohen Investitionskosten für Hochtemperatur-Wärmespeicher bei derzeit vergleichsweise geringen Energiekosten für Gas und Strom. Wenn der typische Anlagenbetrieb nur niedrige Zyklenzahl von Be- und Entladung des Speichers erlaubt, ist ein wirtschaftlicher Betrieb kaum zu erreichen.

Test der Demonstrator-Anlage wird vorbereitet

Im Frühjahr 2018 soll die erste Speichereinheit gebaut werden. Der Pilotspeicher besteht aus standardisierten Speichermodulen mit einem Volumen von je 50 m3. Diese Behälter sind zur Sicherheit doppelwandig ausgeführt. Der Hohlraum dient zur Dämmung, eingesetzt wird eine Vakuum-Super-Isolierung. Die Demonstrationsanlage wird dann unter realen Betriebsbedingungen erprobt.

Das Projekt http://forschung-energiespeicher.info/projektschau/industrielle-prozesse/projekt-einzelansicht/109/Giesserei_nutzt_Abwaerme_des_Schmelzofens/
wurde im Rahmen der Forschungsinitiative Energiespeicher gefördert. Die Untersuchungen und Ergebnisse werden auf der Website der Forschungsinitiative fortlaufend aktualisiert.

Mehr zum Projekt

Verbundvorhaben: Industrielle Abwärmenutzung einer Gießerei durch thermische Energiespeicherung in Kombination mit einem Absorptionsprozess

Förderkennzeichen: 03ESP370A-C

Laufzeit: Juni 2013 – Nov. 2018

Projektbeteiligte

Projektleitung, System- und Komponentenentwicklung
ZAE Bayern - Garching
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung

Demonstratoranlage
Gießerei Heunisch GmbH

Auslegung, Planung des Energiesystems
Küttner GmbH & Co. KG

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.