ISBN 978-3-8439-1441-3

978-3-8439-1441-3, Reihe Energietechnik

Volker Dreißigacker
Direkt durchströmte Feststoffwärmespeicher: Thermomechanische Untersuchungen von Schüttungen für die großtechnische Speicherung von Hochtemperaturwärme

123 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Thermische Speichersysteme sind zentrale Elemente unterschiedlicher Kraftwerkstypen für erneuerbare und konventionelle Energiequellen. Für gasförmige Wärmeträger eignen sich Regeneratoren als kosteneffiziente Wärmespeicheroptionen. Heutige Regeneratoren sind aus keramischen Formsteinen aufgebaut und werden überwiegend in der Stahl- und Glasindustrie eingesetzt. Leider lässt sich eine kosteneffiziente Anpassung auf Kraftwerksanwendungen mit keramischen Formsteinen schwer ermöglichen. Zur zukünftigen Vermarktung haben Regeneratoren basierend auf Schüttungen das Potential, die angestrebten Ziele, wie effiziente Speicherausnutzung und hohe Temperaturkonstanz während des Entladebetriebs, aufgrund des effektiven Wärmetransports zwischen Feststoff und Fluid, sowie vielfältiger Optionen für günstige Inventarmaterialien zu erreichen. Allerdings ist ein Schüttaufbau mit hohen technischen Unsicherheiten aufgrund der thermomechanischen Belastungen verbunden.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet einen neuartigen Ansatz zur Modellierung des thermomechanischen Verhaltens von Schüttspeichern während des Be- und Entladebetriebs. Basierend auf der Discrete Element Method (DEM), gekoppelt mit einem vereinfachten thermischen Modell und implementiert in eine Zeitschrittweitensteuerung, beschreibt der neuartige Ansatz die räumlich und zeitlich wirkenden Kräfte für jedes einzelne Partikel. Erfolgreich validiert durch experimentelle Untersuchungen an einer neu errichteten Versuchsanlage, erlaubt der thermomechanische Ansatz die Identifikation von spannungsarmen Aufbauten mit hohen Lebensdauern für großmaßstäbliche Anwendungen.