Relevante Energieformen
Gespeicherte Energieform:
- Wärme (T>100°C)
- Wärme (T<100°C)
- Kälte (T<25°C)
Kurzbeschreibung
Der PCM-Speicher nutzt die durch die Änderung des Aggregatzustands veränderte Enthalpie von sogenannten Phasenwechselmaterialien (engl.: Phase Change Materials PCM) zum Be- und Entladen. Die PCM werden z.B. in die Gebäudestruktur integriert (Sterner 2014). Die Temperatur beim Beladen des PCM-Speichers liegt oberhalb der Umwandlungstemperatur der beiden Phasen und beim Entladen unterhalb (Bollin 216).
Berechnung des Umwandlungswirkungsgrades, typische Werte
Wirkungsgrad : ƞ= 75-90% [Sterner 2014]
Bauarten
Verschiedene Materiaien sind für die Wärmespeicherung im Phasenübergang verwendbar. Meist erfolgt der Phasenübergang der Materialien von fest zu flüssig. Der Phasenübergang von flüssig zu gasförmig wird hingegen selten für PCM-Speicher angwendet, da die großen Volumenänderungen nachteilig sind. Für PCM-Speicher verwendete Materialklassen sind der Abbildung zu entnehmen (Sterner 2014).
Energetische Kennwerte
| Gravimetrische Speicherdichte | Mit einem PCM-Speicher lässt sich eine mögliche Energie von bis zu 200 kJ/kg speichern [Yu 2013]. |
| Typische Verlustleistungen | Gering |
Wirtschaftliche Kennwerte
| Investkosten/kW | Die Kosten für einen PCM-Speicher belaufen sich auf 10 bis 50 Euro pro kwh Speicherkapazität und die Lebensdauer entspricht 5000 Zyklen [Sterner 2014]. |
Subjektive Technologie-Portfolio-Analyse
| Technologieattratktivität | Industrielle Umsetzbarkeit | Umsetzbarkeit | Ist es technisch denkbar, diese Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität einzusetzen? (Grün = Ja, Gelb = Ggf., Rot =Nein) | |
| Komplexität | Wie komplex wäre der Einsatz dieser Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität? (Grün = einfach, Gelb = eher komplex, Rot = sehr komplex oder nicht möglich) | |||
| Anwendbarkeit bei Industriepartnern | Wäre eine Flexibilisierung solcher Anlagen bei Industriepartnern direkt möglich? (Grün = Ja, Gelb=Nur mit größeren Umbaumaßnahmen, Rot = Nein) | |||
| Einsatzhäufigkeit und Verbreitung | Verbreitung in Deutschland | Wie ist der Verbreitungsgrad der Technologie in Deutschland einzuschätzen? (Grün = hoch, Gelb = mittel, Grün = niedrig) | ||
| Umrüstaufwand und Integration | Technology Readiness Level | Wie weit ist die Technologie entwickelt? (Grün = TRL 7-9 Gelb = TRL 4-6, Rot = 1-3) | ||
| Umrüstaufwand zur nachträglichen Integration | Wie wird der Aufwand zur Befähigung der Anlage eingeschätzt? (Grün = niedrig ,Gelb = mittel, Grün = noch) | |||
| Ressourcenstärke | Übertragbarkeit | Übertragbarkeit | Wie gut lässt sich eine Lösung zur Flexibilisierung dieser Anlage auf andere Anlagen übertragen? (Grün = Technologien sind immer ähnlich aufgebaut, Lösungen sind also übertragbar, Gelb = Keine Aussage möglich, Rot = Sehr Prozessspezifisch bzw. standortspezifisch) | |
| Wirtschaftlichkeit | Spezifische Speicherkosten | Wie hoch sind die spezifischen Speicherkosten (Grün = niedrig , Gelb = mittel, Rot = hoch) | ||
| Spezifische Platzbedarf | Wie groß ist die volumetrische Speicherdichte (Grün = Hoch, Gelb = Mittel, Rot = Niedrig) | |||
| Speicherverluste | Wie groß ist die Verlustleistung über die Zeit? (Standverluste, Grün = Langzeitspeicher Gelb = Stundenspeicher, Rot = Kurzzeitspeicher) |
Best Available Technology
Ja – PCM-Speicher können prinzipiell zur Bereitstellung von Energieflexibilität eingesetzt werden.
Entwicklungstendenz
Hinsichtlich des Materials erfolgen derzeit Untersuchungen, um Unterkühlungen und Kristallisationen zu verhindern. Ein weiterer Forschungsaspekt entspricht dem Phasenübergang von fest zu fest, wobei das Material formstabil bleibt (Sterner 2014).
Zusammenfassung genereller Vor- und Nachteile
Vorteile 8 (Sterner 2014)
- Speicherung von großer Menge an Energie in kleinen Temperaturintervallen
- Temperatur beim Laden/Entladen über lange Zeit konstant
- geringerer Exergieverlust als sensible Speicher
- kompaktere Bauarten
Nachteile (Sterner 2014; Bollin 2016)
- kompaktere Bauarten
- Wärmeverluste an Umgebung
- teurer als sensible Speicher
- Schwierigkeiten bei Be- und Entladegeschwindigkeiten
Anwendungsbeispiele
PCM-Speicher werden vorwiegend als Heizung und Klimatisierung von Wohn- und Bürogebäuden verwendet. Dieser Vorgang ist in der Abbildung zu sehen. Weitere Anwendungsbeispiele sind das Wärmemanagement in Geschirrspülern oder die Motorblockvorwärmung (Sterner 2014).
Literaturverzeichnis
- Bollin, E (2016) Regenerative Energien im Gebäude nutzen
- Hauer, A (2008) Thermochemische Sorptionsspeicher: Potentiale und Grenzen neuer Materialien und Prozesse
- N’Tsoukpoe, E (2009) A review on long-term sorption solar energy storage
- Sterner, M (2014): Energiespeicher
- Yu, N (2013) Sorption thermal storage for solar energy