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IEA SHC Task 58 - Material und Komponentenentwicklung für thermische Energiespeicher

Thermische Energiespeichertechnologien spielen eine wichtige Rolle für die weitere Integration erneuerbarer Wärmequellen in das Energiesystem von Gebäudeanwendungen über Fernwärme und industrielle Anwendungen bis hin zum Stromsektor. Wenn höhere Temperaturen, Platzbeschränkungen oder längere Speicherperioden ins Spiel kommen, werden neue kompakte thermische Speichertechnologien benötigt. Diese kompakten thermischen Speichertechnologien müssen weiterentwickelt werden, um auf den Märkten einsetzbar zu sein. Dies ist die Motivation für die internationale Zusammenarbeit in diesem IEA Task58/Annex33: Verbesserung der Speichermaterialien und -komponenten, basierend auf einem besseren Wissen über die zugrundeliegende Physik und Chemie von kompakten thermischen Energiespeichern (latente und thermochemische Speicher).

Das Ziel der Task 58 ist die Unterstützung einer anwendungsorientierten Entwicklung von innovativen und kompakten thermischen Energiespeichermaterialien: Phase Change Materials (PCM) und Thermochemical Materials (TCM). Daher arbeiteten Experten aus den Bereichen Materialentwicklung, thermische Speicherkomponentenentwicklung und Systemintegration drei Jahre lang zusammen, um Materialien und Komponenten für thermische Energiespeicher weiterzuentwickeln. Die Arbeiten erfolgten in 4 Hauptbereichen: die Definition der richtigen Randbedingungen für die Entwicklung und Integration von thermischen Energiespeichertechnologien für verschiedene Anwendungen; die Entwicklung und Charakterisierung neuartiger thermischer Speichermaterialien, die Definition und Erprobung zuverlässiger Testverfahren zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit von Materialien und Komponenten; die Analyse von Designaspekten für thermische Energiespeicherkomponenten. Die Zusammenarbeit im IEA Task58 zwischen Materialexperten und Anwendungsexperten führt zu einem verbesserten Verständnis und beschleunigt somit die Material- und Komponentenentwicklung im Bereich der kompakten TES. Standards für die Probenvorbereitung, die Messung und für die Berichterstattung sind Voraussetzung für konstruktive Diskussionen und die schnelle Bewältigung von Herausforderungen und die Weiterentwicklung von TES-Technologien. Für kompakte thermische Energiespeicher gibt es aufgrund ihrer hohen Flexibilität in Design und Betrieb eine Vielzahl von relevanten Anwendungen.  Für den Gebäudesektor können standardisierte Referenzbedingungen definiert werden. Für industrielle Anwendungen ist dies jedoch aufgrund der Vielfalt der Prozesse sehr schwierig!

Eine Reihe von innovativen und verbesserten Materialien wurden entwickelt und werden kontinuierlich weiterentwickelt, getestet und in Komponenten eingesetzt. Die entwickelten Charakterisierungsmethoden bilden die Grundlage für die Materialbewertung und den Vergleich und sind Basis für die entwickelte Datenbankeingabe, deren Ergebnisse öffentlich zugänglich sind (https://www.thermalmaterials.org/). Die Materialeigenschaften umfassen nicht nur die technische Leistungsfähigkeit, sondern auch Fragen wie Stabilität und Verträglichkeit.

Die erreichbare Lade-/Entladeleistung wird stark vom Komponentendesign beeinflusst, wobei die Wechselwirkung des Speichermaterials mit dem Bauteil entscheidend ist. Daher muss die tatsächliche Speicherkapazität und Materialstabilität unter realen Bedingungen und Anforderungen der Anwendung getestet werden. Bei Systemvergleichen ist die Identifikation von Komponentenparametern notwendig, um den Vergleich kompakter Speicherkonzepte zu ermöglichen.

Portrait Wim  van Helden

Projektleiter

Dr. Wim van Helden