Eisbatterien - Eisspeichersysteme für Kühlanwendungen

Förderprogramm

Das Projekt wurde im Rahmen der „Grünen Technologiewerkstatt Hof“ durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert. 

Hintergrund

In diesem Projekt wurden zwei verschiedene Eisbatteriekonzepte (Flachplatten- und Kapillarmatten) für Kühlanwendungen in der Industrie getestet. Viele Branchen in Deutschland, wie Lebensmittelhandlungen, Brauereien, Bäckereien, etc. verbrauchen große Mengen an elektrischer Energie auf Basis fossiler Brennstoffe, um ihren Kühlbedarf zu decken, ohne anfallende überschüssige Energie, die tagsüber anfällt, zu nutzen, z.B. Solar-PV. 

Zielsetzung

Ziel dieses Projekes war die Maximierung des Eigenverbrauchs von Solar-PV, um tagsüber Eis erzeugen zu können und dies zu Zeiten zu nutzen, in denen keine oder nur minimale Solar-PV-Energie verfügbar ist. Gleichzeitig sollte die Wirkungsweise der Eisbatterien optimiert werden, damit der Kühlbedarf unterschiedlicher Branchen bestmöglich gedeckt werden kann. 

Als sekundäres Ziel wurde eine effiziente Steuerung entworfen und entwickelt, um die Maximierungen effizient zu gewährleisten. Außerdem sollte ein variabler Frequenzumrichter (VFD) an der Kältemaschine erprobt werden, um das Energieeinsparpotenzial zu optimieren. Mittels eines HIL-Simulationstests (Hardware-in-Loop) wurde die Wirksamkeit des Systems in realen Situationen getestet.

Technologie - Laborprüfstand am Campus Münchberg

Abb. 1: Laborprüfstand

Die Eisbatterie ist ein Kaltwärmespeicher, der aus einem Wasserspeicher und einem in den Tank eingetauchten Wärmetauscher besteht. Die Eisbatterie kann Eis bilden, wenn kalte Sole durch die Wärmetauscher geleitet wird. Zwei Arten von Wärmetauschergeometrien, Kapillarmatten- (links unten im Bild) und Plattenwärmetauscher (rechts unten im Bild), wurden im Labormaßstab getestet. Dafür wurde ein Prüfstand errichtet, der den Speicher in einem voll simulierten Umfeld (Hardware-in-the-loop) mit anwendungsnahen Betriebsszenarien abbildet. Die Ergebnisse des Prüfstandes wurden anschließend mit einem Computermodell verglichen, das der Skalierung für die reale Anwendung in der Praxis simulieren kann.

Abb. 2: Kapillarmatten-Wärmetauscher
Abb. 3: Platten-Wärmetauscher

Ergebnisse

Für die Versuche und die Validierung mit dem TRNSYS-Simulationsmodell wurde eine Flachplatten-Eisbatterie gewählt. Die Experimente wurden 3 Tage lang im manuellen Modus durchgeführt. Die Kältemaschine wurde gestartet, wenn ein Schwellenwert der PVErzeugung erreicht wurde, und gestoppt, wenn die PV-Erzeugung unter diesen Wert fiel. Die gleichen Bedingungen wurden für 3 Tage wiederholt. Der erreichte Netto-Selbstversorgungsgrad betrug 94,13 % und der SPF-Wert 2,81. Insgesamt wurde ein Nutzungsgrad der Eisbatterie von etwa 67 % erreicht. In Zukunft soll die Regelstrategie verbessert und die Lücken in den Vorhersagen des Simulationsmodells minimiert werden.

Projektpartner

Genes Kältetechnik GmbH

Köditzer Str. 4

95030 Hof

https://www.genes.de/

Kontakt

Prof. Dr. Tobias Plessing | University of Applied Science Hof

Prof. Dr. Tobias Plessing

Ingenieurwissenschaften
Maschinenbau

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95028 Hof

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Fon: +49 (0) 9281 / 409 4720
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