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Physik neuartiger Wärmespeicher

Sebastian Leitner

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Betreuer*in

Armin Fuith

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DOI

10.25365/thesis.25875

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29603.67165.536169-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Effiziente Wärmespeicherung - besonders langzeitige - stellt die Schlüsseltechnologie für eine zukünftige vollsolare Wärmeversorgung dar. Bis heute gibt es keine kompakte saisonale Lösung mit hoher Energiedichte. Bestehende Techniken sind meist mit hohem Aufwand und geringem Wirkungsgrad verbunden. Wo besteht also Innovationsbedarf? Können wir in Zukunft mit mehr “erneuerbarer Wärme” rechnen? Die vorliegende Arbeit gibt einen Gesamtüberblick der derzeitig am Markt etablierten Möglichkeiten zur langfristigen Wärmespeicherung und evaluiert diese nach physikalischen Parametern. Hervorgehoben wird besonders jener Bereich, der erhöhten Bedarf an Wärmespeichern aufweist: Die Raumwärme für Haushalte. Für diesen Sektor werden innovative Lösungsansätze aus der Physik untersucht, sowie eigene Berechnungen angestellt. In diesem Zusammenhang wird ein Modell der Wiener Flaktürme als saisonale Wärmespeicher, gekoppelt mit solarthermischen Anlagen und der Fernwärme, vorgestellt. Die Methodik der Arbeit umfasst Literaturrecherche und -analyse, aber auch eigene Berechnungen und Ergebnissynthese. In Zukunft sinkt die Nachfrage nach Raumwärme durch fortschreitende Gebäudesanierung, gleichzeitig steigt aber der Strombedarf. Das hat zur Folge, dass vermehrt Abwärme in Kraftwerken frei wird, welche sich dann nicht mehr verkaufen lässt. Moderne thermische Speichersysteme auf Basis von Solarthermie könnten beispielsweise neue Möglichkeiten zur Kraft-Wärme-Kopplung Einsatzoptimierung schaffen. Saisonale Heißwasserspeicher sind bereits erfolgreich durch Pilotanlagen mit solaren Deckungsanteilen von bis zu rund 65% demonstriert worden, in der Entwicklung stecken noch die Alternativen mit höheren Energiedichten, die nicht auf Basis von Wasser als Medium arbeiten. Besonders Latentwärmespeicher stellen den nächsten Fortschritt bei Saisonspeichern in Aussicht, diese sind bereits Thema zahlreicher Untersuchungen und Publikationen. So auch thermochemische Systeme, welche jedoch noch an zu hohen Investitionskosten und geringem Wirkungsgrad scheitern.

Abstract

(Englisch)

Storing heat efficiently, especially when it comes to long term storage, is the key to a fully solar-driven heat supply in the future. Until today there exists no compact seasonal solution with high energy density and established techniques are mostly rather complex but not very efficient. Is there any potential for innovation? Will there be more “renewable heat” in the future? This thesis sketches an overview of most available possibilities on the market for short and long-term heat storage. Moreover, it evaluates them in physical terms. Furthermore, it highlights a section of elevated demand for storage solutions: Household space heating. For this section innovative methods (from a physical point of view) are investigated and also own calculations are presented. Concerning this matter the thesis suggests a model for the use of the Flak towers in Vienna as thermal energy storage systems, in which two of the towers would be connected to solar thermal collector fields and/or district heat. The methodology used combines literature search and analysis with own calculations and interpretations. In the future the demand for household space heating will decrease due to advancing building renovations. The demand for electricity however will increase and that will lead to more waste heat in caloric power plants. It will not be possible to sell this additional thermal energy. State of the art thermal energy storage systems that operate on solar heat for example could replace caloric power plants during the summer time. Seasonal, long-term heat storage is one of the important applications in question. With its help the solar fraction of solar-thermal applications can be optimized to about 60% at the moment. This is not pure theory but reality now and done in several pilot facilities all over the globe. Alternatives to seasonal heat storage that do not work with pure water as a medium, are still topics of science and under development. Especially systems operating on latent heat could replace hot water storage soon. For that many suitable types of storage media exist which are being investigated by current studies. Also thermo chemical storage is very promising, but at the moment such systems are still too expensive and their efficiency is far too low.

Autor*innen

Sebastian Leitner

Haupttitel (Deutsch)

Physik neuartiger Wärmespeicher

Paralleltitel (Englisch)

Innovative Thermal Energy Storage

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

115 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Armin Fuith

Klassifikationen

33 Physik > 33.28 Transportvorgänge, irreversible Thermodynamik ,

33 Physik > 33.61 Festkörperphysik ,

33 Physik > 33.62 Mechanische Eigenschaften, akustische Eigenschaften, thermische Eigenschaften ,

33 Physik > 33.64 Zustandsgleichungen, Phasenübergänge ,

52 Maschinenbau > 52.56 Regenerative Energieformen, alternative Energieformen ,

52 Maschinenbau > 52.57 Energiespeicherung

AC Nummer

AC11142367

Utheses ID

23110

Studienkennzahl

UA | 411 | | |

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