Verbundvorhaben: Oberirdische Speicher in Segmentbauweise für Wärmeversorgungssysteme (OBSERW)

	Verbundvorhaben: Oberirdische Speicher in Segmentbauweise für Wärmeversorgungssysteme (OBSERW)
Motivation	Wärmeüberschüsse sind bei Versorgungssystemen mit Kraft-Wärme-Kopplung und Solarthermie sowie bei industriellen Prozessen in einem sehr großen Umfang vorhanden. Über die Speicherung, kann diese Wärme zu einer späteren Zeit Verbrauchern zugeführt werden. Über diese verzögerte Wärmenutzung lassen sich der Brennstoffnutzungsgrad und der Anteil von erneuerbaren Energiequellen in der Energieversorgung signifikant erhöhen. Deswegen werden leistungsfähige Speicher mit günstigen Investitionskosten benötigt. Neben den energetischen Anforderungen können Speicher systemdienliche Leistungen (Druckhaltung, Notbetrieb usw.) erbringen, die zukünftig von sehr hoher Bedeutung sein werden.
Ziel des Verbundvorhabens	Im Projekt soll ein neuartiger oberirdischer Tankspeicher für den Bereich 500 bis 8000 m³ entwickelt werden. Die erstmalige Anwendung der Segmentbauweise bei Wärmespeichern (bis 95 °C) erfordert die Überwindung signifikanter technischer Probleme. Beispielsweise sind eine temperaturbeständige Dichtung der Segmente und fehlende konstruktive Lösungen zu nennen. Darüber streben die Projektpartner folgende Merkmale an: sehr hohe Funktionalität (z. B. niedrige Verluste, hohe Ladeleistungen, dauerhafte Dichtheit, Erhalt der Wasserqualität), relativ niedrige Speichererrichtungskosten, minimaler Materialeinsatz, rationeller Umsetzungsprozess, Einsatz an vielen unterschiedlichen Orten bzw. ein breites Feld an Anwendungsmöglichkeiten, leichte Anpassung an den Kurzzeit- bis Langzeit-Speicherbereich.
Förderung		Das Projekt wird im Rahmen der Energiespeicherinitiative der Bundesregierung gefördert. Energiespeicher für stationäre und mobile Anwendungen - eine Initiative des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung
Projektmanagement		Projektträger Jülich Förderkennzeichen: 03ET1230 A/B/C
Koordination und Leitung Teilprojekt Begleitforschung A	Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Urbaneck Tel: 0371 531 32463 Technische Universität Chemnitz Fakultät für Maschinenbau Professur Technische Thermodynamik
Leitung Teilprojekt Begleitforschung B	Dipl.-Ing. Dominik Bestenlehner Dr.-Ing. Harald Drück Tel.: 0711 6856 0155 Universität Stuttgart Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen (TZS)
Leitung Teilprojekt Praxisnahe Entwicklung und Demonstration	Dipl.-Ing. Robert Beyer Tel.: 04392 91770 farmatic tank Systems
Projektablauf und -inhalte Industriepartner	Für die oben genannte Speicherentwicklung müssen folgende Hauptaufgaben bearbeitet werden: Test von Dicht- und Wärmedämmstoffen sowie Wandaufbauten, Weiterentwicklung von Be- und Entladesystemen inklusive hydraulischer Integration, vollkommene Überarbeitung der Speicherkonstruktion und der Bautechnologie, Entwicklung eines Demonstrators und praxisnaher Test aller Komponenten, Durchführung von flankierenden Maßnahmen zur Verbesserung der Planung und Berechnung sowie Simulation, Öffentlichkeitsarbeit. Projektlaufzeit: 01.11.2014 - 28.02.2018
Erläuterung der Technik	In Wärmeversorgungssystemen mit Vorlauftemperaturen unter 100 °C können große (oberirdische) Wärmespeicher vorteilhaft als Flachbodentank (Abb. 1) ausgeführt werden. Die kompakte Form ermöglicht sehr niedrige Errichtungskosten und Wärmeverluste. Eine interessante Alternative zur geschweißten Wand ist Fertigung mit verschraubten Segmenten (Abb. 2, Abb. 3). Viele Projekte mit großen Kaltwasserspeichern zeigten in den letzten Jahren die praktischen Vorteile dieser Speicherbautechnologie: flexible Anpassung der Speichergröße und -form, hohe Dynamik der Be- und Entladeleistung, effektive Nutzung des Speichervolumens mit Schichtungsbetrieb und Einhaltung der geplanten Entladetemperaturen, eine gute Anpassung an den jeweiligen Einsatzfall (Stadtwerke, Nahversorgungssysteme, Industrie), eine schnelle und rationelle Errichtung mit minimaler Materialeinsatz, niedrige Folgekosten (einfache Zulassung, Betrieb, Überwachung usw.), Möglichkeit zur Reparatur (gegenüber unterirdischen Speichern), sehr gute Qualitätskontrolle in der Vorfertigung und auf der Baustelle. Zurzeit besteht das wesentliche Problem darin, dass die oben beschriebene Speicherkonstruktion nicht auf hohe Temperaturen (bis 98 °C) übertragbar ist. Dieses und weitere Herausforderungen sollen im Projekt gelöst werden. Der Projektplan sieht zum Nachweis die Errichtung eines Demonstrators (Pilotspeicher zu praktischen Testzwecken) vor.
Aktueller Stand und Ergebnisse	Die Ergebnisse aus den Materialtests (Dichtung, Wärmdämmung usw.) und den praxisnahen Versuchen zum Wandaufbau wurden in eine neuartige Speicherkonstruktion überführt. Parallel fanden eine umfassende Überarbeitung und Optimierung der Be- und Entladesysteme statt. Erstmals ist diese Speicherkonstruktion im kleinen Maßstab (ca. 100 m³) - dem Demonstrator (Abb. 4) - in Nortorf (Standort der Fa. farmatic Anlagenbau GmbH) umgesetzt worden. Die ersten Kalt- und Heißtest verliefen erfolgreich, was ein wichtiger Meilenstein im Projekt ist. In den folgenden Monaten stehen umfangreiche Test, Detailuntersuchungen und Optimierungen an. Nach derzeitigem Projektstand lässt sich die neue Entwicklung auf größere Speicher übertragen. Detaillierte Ergebnisse und wichtige Zusammenhänge liefern die unten genannte Veröffentlichungen.
Links & Literatur	BINE Informationsdienst Energiespeicherinitiative der Bundesregierung Förderung von Wärme- und Kältespeichern: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Segmentbauweise im Bereich von Kaltwasserspeicher: Pilotprojekt zur Optimierung von großen Versorgungssystemen auf Basis der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mittels Kältespeicherung Kurzbeschreibung auf der Seite Förderinitiative Energiespeicher: Segmentbauweise senkt Baukosten für Tankspeicher Pressemeldung: Große Wärmespeicher aus Segmenten bauen Pressemeldung: Wärme besser nutzen - Erfolgreiche Kältespeicherung in Chemnitz ist Impulsgeber für die Entwicklung neuer kostengünstiger Wärmespeicher in Segmentbauweise Urbaneck, T.: Kältespeicher - Grundlagen, Technik, Anwendung. München: Oldenbourg 2012. ISBN 978-3-486-70776-2
Ergebnisse und Veröffentlichungen	Die Ergebnisse werden mit dem Fortschritt des Projektes veröffentlicht. Bei Bedarf wenden Sie sich bitte per E-Mail an die Autoren. Urbaneck, T.; Platzer, B.: Overground storages in segmental construction for district heating systems (OBSERW) - Project overview. Greenstock, 13th International Conference on Thermal Energy Storage, Peking (China), 2015. Gerschitzka, M.; Marx, R.; Lang, S.; Bauer, D.; Drück, H.: New developments related to thermal insulation materials and installation techniques for over ground seasonal thermal energy stores. Greenstock, 13th International Conference on Thermal Energy Storage, Peking (China), 2015 Lang, S.; Marx, R; Gerschitzka, M.; Drück, H.; Urbaneck, T.; Mücke, J; Hoffmann, F.; Gebhardt, S.; Beyer, R.: Hot water stores in segmental construction: adhesive strength between sealing materials and segment coatings. Book of Abstracts, The Energy and Material Research Conference (EMR2017), Lisbon, Portugal, 2017. Lang, S.; Bauer, D.; Drück. H.: Neue Untersuchungen zu Wärmedämmstoffen für thermische Energiespeicher. 5. Fachforum Thermische Energiespeicher, Ostbayerisches Technologie Transfer Institut e.V. (OTTI), Regensburg (Hrsg.), 2016, Tagungsband, S. 53-55. Urbaneck, T.; Findeisen, F.; Mücke, J.; Marx, R.; Lang, S.; Bauer, D.; Rohde, T.; Hoffmann, F.; Gebhardt, S.; Fischer, M.; Beyer, R.: Oberirdische Tankspeicher in Segmentbauweise (OBSERW) – Vorstellung des Projektes. 5. Fachforum Thermische Energiespeicher, Ostbayerisches Technologie Transfer Institut e.V. (OTTI), Regensburg (Hrsg.), 2016, Tagungsband, S. 93-100. Urbaneck, T.; Platzer, B.; Findeisen, F.: Warmwasserspeicher – Stand der Technik und Entwicklungen. HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 67. Jg. (2016) Heft 07-08 S. 16-21. - ISSN 1436-5103 Findeisen, F.; Urbaneck, T.; Platzer, B.: Radiale Diffusoren in Warmwasserspeichern – Funktionale Optimierung mittels CFD; Teil 1 Grundlagen und Modellierung. HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 67. Jg. (2016) Heft 10 S. 20-28. - ISSN 1436-5103 Urbaneck, T.; Findeisen, F.; Mücke, J.; Lang, S.; Marx, R.; Hoffmann, F.; Gebhardt, S.; Beyer, R.: OBSERW – Tankspeicher in Segmentbauweise. Sonnenenergie (2016) H. 5 S. 56-57. ISSN 0172-3278 Findeisen, F.; Urbaneck, T.; Platzer, B.: Radiale Diffusoren in Warmwasserspeichern – Funktionale Optimierung mittels CFD; Teil 2 Optimierung des Be- und Entladeverhaltens. HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 68. Jg. (2017) Heft 2 S. 25-33. - ISSN 1436-5103 Findeisen, F.; Urbaneck, T.; Platzer, B.: Radiale Diffusoren in Warmwasserspeichern – Funktionale Optimierung mittels CFD; Teil 3: Detaillierte Untersuchung des Beladeverhaltens. HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 68. Jg. (2017) Heft 6 S. 19-27. - ISSN 1436-5103 Gerschitzka, M.; Schmidt, D., Bestenlehner, D., Marx, R.; Drück, H.: Thermal performance testing of outdoor hot water stores for long-term thermal energy storage. 5th International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry (SHC 2017), Abu Dhabi (UEA), 2017 Urbaneck, T.; Findeisen, F.; Mücke, J.; Platzer, B.; Gerschitzka, M.; Lang, S.; Bestenlehner, D.; Drück, H.; Herrmann, T.; Beyer, R.: Development of Overground Hot Water Stores in Segmental Construction for Solar and District Heating Systems Within the Project OBSERW. Proceedings of the 6th International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry (SHC 2017), Abu Dhabi (UAE), 2017 Findeisen, F.; Urbaneck, T.; Platzer, B.: Radial Diffusers in Stratified Hot Water Stores: Geometry Optimization with CFD. Proceedings of the 6th International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry (SHC 2017), Abu Dhabi (UAE), 2017 Mücke, J.; Urbaneck, T.; Platzer, B.: Versuchsstand zum praxisnahen Test von Wandaufbauten für thermische Energiespeicher – Materialuntersuchung des Einblasdämmstoffs aus Polyurethan-Hartschaum-Partikeln. 24. Energie - Symposium Nutzung regenerativer Energiequellen und Wasserstofftechnik; Luschtinetz, T.; Lehmann, J. (Hrsg.), Stralsund, 2017, Tagungsband, S. 73-81. – ISBN 978-3-9817740-3-0 Urbaneck, T.; Findeisen, F.; Mücke, J.; Platzer, B.; Gensbauer, M.; Lang, S.; Bestenlehner, D.; Drück, H.; Herrmann, T.; Beyer, R.: Performance of Overground Hot Water Stores in Segmental Construction for Solar and District Heating Systems. 5th International Solar District Heating Conference, Graz (Österreich), 2018 Findeisen, F.; Kroll, U.; Urbaneck, T.; Platzer, B.: Radial Diffusers in Stratified Hot Water Stores: Simulation of Three-Dimensional Flow Behavior with CFD. 5th International Solar District Heating Conference, Graz (Österreich), 2018 Mücke, J.; Urbaneck, T.; Platzer, B.: Experimental Identification of Effective Thermal Conductivities in Wall Constructions with Blow-In Insulation for Thermal Energy Storage Tanks in Segmental Construction. 5th International Solar District Heating Conference, Graz (Österreich), 2018
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