„nachhaltigen technologien“ 4|2019

und der Regelung werden diverse Konfigurationen unter verschieden Randbedingungen getestet. Die nachfolgenden Diagramme zeigen einen ty- pischen Verlauf der Reaktionsfront anhand der gemessenen Temperaturen durch das Festbett. Die Reaktionen werden über ein Heizelement am oberen Ende des Reaktorbetts induziert und die Reaktions- front läuft dann eigenständig und gleichmäßig nach unten. Die höchsten Temperaturen (blaue und orange Linie) werden im oberen Teil des Reaktors erreicht, wo sich das Heizelement befindet und die Reaktion gestartet wird. Bei der Oxidation werden Temperatu- ren von über 800 °C erreicht, während bei Reduktion im Reaktionsverlauf Temperaturen von über 700 °C erreicht werden. Gesamtsystem Mit Hilfe eines Mix aus kompakten, hybriden Spei- chertechnologien wird die Energieerzeugung, die Energiespeicherung und der Energieverbrauch (Strom und Wärme) hinsichtlich maximalen Eigenverbrauchs und minimaler Kosten optimiert. Dabei werden neben der aktuellen Energiemarktsituation auch zukünftige Preisszenarien in Hinblick auf den Einsatz von hyb- Wärmebatterie auf Basis der Redoxreaktionen von Metallen Die CLC (Chemical Looping Combustion) 2 -Speicher- technologie bietet die Möglichkeit, Überschussstrom aus einer vor Ort installierten PV-Anlage oder aus dem Stromnetz zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder in Form von Wärme für Raumhei- zung und Warmwasser zur Verfügung zu stellen. Der Vorteil dieser innovativen Technologie besteht in einer 10-fach höheren Speicherdichte als bei Wasser und einer quasi verlustfreien Speicherung. Der Reaktor besteht aus einem zylindrischen Kupfer- bett, wobei mittels Oxidations- und Reduktionszyk- len (Ent- und Beladezyklen) Energie gespeichert bzw. wieder abgegeben wird. Während der Oxidationsre- aktion strömt Umgebungsluft durch das Festbett, durch hohe Temperaturen, die durch ein Heizelement induziert werden, kommt es zu einer raschen Reak- tion des Sauerstoffs aus der Luft mit dem Metall und der Speicher wird entladen. Bei der Beladung strömt Wasserstoff durch das oxidierte Festbett, Sauerstoff wird abgegeben und das Kupfer wird wieder reduziert. Der dafür notwendige Wasserstoff wird vor Ort durch einen Hydrolysator erzeugt. Die für die Wasserstofferzeugung notwendige elektrische Energie kann entweder aus dem Netz oder aus lokal erzeugtem Strom stammen. Findet der Strombezug aus dem Netz statt, kann er gleichzeitig zum Abbau von Lastspitzen („peak-shaving“) verwendet werden. Sowohl die Oxidation als auch die Reduktion des Metalls verlaufen exotherm, d. h. es wird in beiden Fällen Wärme freigesetzt. Die erzeugte Wärme wird über die Außenwand des Reaktors an ein Wärmeträ- gerfluid übertragen und über das Wärmeverteilsys- tem des Gebäudes zum Endverbraucher geliefert. Tests mit verschiedenen Metallen Im Zuge des Projektes wurde ein flexibler Teststand im Versuchslabor von TNO, Niederlande, aufgebaut (siehe Titelbild). Der Teststand ist so konzipiert, dass die zylindrischen Reaktoren, die sich in einem Glasbehälter befinden, leicht ausgetauscht werden können. Somit können verschiedene Metallbettkon- figurationen getestet werden. Der Zwischenraum zwischen Reaktor und Glasbehälter wird mit Wasser gefüllt. Eine Vielzahl an Temperatursensoren, die gleichmäßig über den Reaktor verteilt sind, erlauben eine genaue Auswertung der Reaktionsfront während des Versuchs. Gleichzeitig wird durch die Färbung des einströmenden Wassers die Strömungsverteilung um den Reaktor sichtbar. Die Leistungsfähigkeit des CLC-Reaktors hängt von mehreren Bedingungen ab. Gewünscht sind eine kon- trollierte Reaktionsfront, eine hohe Reaktionsrate, eine optimale Wärmeübertragung und ausreichende Zyklenfestigkeit. Zur Optimierung der Bedingungen Ein typischer Oxidationsverlauf / Entladung des Reaktors. Die Verteilung der Temperatursensoren von oben nach unten: blau, orange, grün, rot, violett Grafik: TNO 900 800 700 600 500 Oxidation Reaktionsfront Me->MeO Für Heizbedarf Luft Zeit Temperatur [°C] Heißes N 2 (+ O 2 ) 1 Power-to-Heat bezeichnet die Nutzung von Überschussstrom zur Erzeugung von Wärme. 2 Chemical Looping Combustion ist eine (Verbrennungs-) Technologie, die die Oxidations- bzw. Reduktionsprozesse eines reaktiven Materials, in der Regel eines Metalloxids, nutzt. Ein typischer Reduktionsverlauf / Beladung des Reaktors Grafik: TNO Reaktionsfront MeO->Me Reduktion H 2 H 2 O 800 700 600 500 400 300 Zeit Temperatur [°C] 13 12 WÄRMESPEICHER