Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Gesamtprojekt beschreibt die Entwicklung eines thermischen Langzeitspeichers auf Basis eines flüssigen Sorptionsprozesses mit Natronlauge und beinhaltet damit die Forschungsaktivitäten der Empa im Rahmen der Teilnahme im IEA SHC Task 58 und dem SCCER Heat and Electricity Storage. Hauptsächliches Projektziel ist die Weiterentwicklung der Speichertechnologie zu Technologiereifegraden (TRL) von 6-7. Dies beinhaltet die Leistungsskalierung der zentralen Umwandlungseinheit, die Realisierung einer Pilotanlage und die Untersuchung der Anlage mit realen Lasten in der Forschungs- und Innovationsplattform NEST. Überdies zielt das Projekt auf eine systematische Analyse der Performance- Degradation entlang den Skalen – vom reinen Speichermaterial bis hin zur realen Anlage – und trägt damit wesentlich zur Verbesserung von Komponenten für die Verwendung in thermochemischen Speichern bei.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The over-all project describes the development of a thermal long-term storage based on a liquid sorption process with sodium hydroxide solution and thus reflects Empa's research activities within the participation in the IEA SHC Task 58 and the SCCER Heat and Electricity Storage. The main project goal is to advance the development of the storage technology to technology readiness levels (TRL) of 6 -7. This includes the performance scaling of the central conversion unit, the realization of a pilot plant and the investigation of the installation with real loads in the research and innovation platform NEST. In addition, the project aims at a systematic analysis of the performance degradation along the scales - from pure storage material to the real plant -
and thus contributes significantly to the improvement of components for thermochemical storage application.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Le projet global décrit le développement d'un accumulateur thermique à long terme sur la base d'un processus de sorption liquide avec de la soude caustique et englobe ainsi les activités de recherche de l'Empa dans le cadre de sa participation à la tâche 58 de l'AIE SHC et au SCCER Heat and Electricity Storage. L'objectif principal du projet est de poursuivre le développement de la technologie de stockage jusqu'à un niveau de maturité technologique (TRL) de 6-7, ce qui implique la mise à l'échelle de la puissance de l'unité centrale de conversion, la réalisation d'une installation pilote et l'étude de l'installation avec des charges réelles dans la plate-forme de recherche et d'innovation NEST. En outre, le projet vise à analyser systématiquement la dégradation des performances à toutes les échelles - du matériau de stockage pur à l'installation réelle - et contribue ainsi de manière significative à l'amélioration des composants destinés à être utilisés dans les systèmes de stockage thermochimique.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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In diesem Projekt wurde an der Empa und der HSLU ein Langzeit-Wärmespeicher-Demonstrator auf der Basis eines Flüssigsorptionsverfahrens entwickelt und im Labor der HSLU getestet. Untersucht wurde die Absorption von Wasserdampf (Absorbat) in wässrigem Natriumhydroxid (Absorbens). Sowohl die Raman-Spektroskopie zur Messung des Massentransports des Absorbats im Absorbens als auch die Neutronenbildgebung zur Visualisierung der Aufnahme wurden eingesetzt. Es wurde festgestellt, dass der Massentransport langsam ist und eine Beschleunigung durch den auftriebskraftverstärkten Transport gefunden werden kann. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Materialanalyse wurde ein neuartiges Design für den Wärme- und Massenaustausch entwickelt, bei dem ein herkömmliches, vertikal installiertes Spiralrippenrohr verwendet wird. Das Design profitiert vom Gegenstrom-Wärmeaustausch, der langen Expositionszeit des Absorbens und der Entladung in einem Durchgang. Es wurde ein Prüfstand für einen Einrohr-Wärme- und Stofftauscher im Labormaßstab gebaut, und die neue Idee wurde mit verschiedenen Abmessungen und Materialien getestet. Auf der Grundlage dieser Bewertung wurde ein Sorptionswärmespeichersystem im Maßstab für ein Einfamilienhaus gebaut, indem mehrere Spiralrippenrohre parallel geschaltet wurden. Das System wurde mit großen Speichertanks gekoppelt, die 1200 kg wässrige Natriumhydroxid enthalten, und sowohl für die Absorption als auch für die Desorption getestet. Unter allen Testbedingungen wurde ein stabiler Betrieb erreicht und eine Nennleistung von 4 kW sowie eine Energiedichte von 200 kWh/m3 erzielt.
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Schlussbericht
(Englisch)
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In this project, a long-term thermal energy storage demonstrator based on a liquid sorption process was developed at Empa and HSLU and tested in the HSLU laboratory. The absorption of water vapor (absorbate) in aqueous sodium hydroxide (absorbent) was investigated. Both Raman spectroscopy to measure the mass transport of the absorbate in the absorbent and neutron imaging to visualize the uptake were used. It was found that the mass transport is slow, and acceleration can be found by buoyancy force enhanced transport. Based on the material analysis results, a novel heat and mass exchange design was developed using a conventional spiral fin tube installed vertically. The design benefits from countercurrent heat exchange, long absorber exposure time, and single-pass discharge. A laboratory scale single tube heat and mass exchanger test rig was built, and the novel idea was tested with a variation of dimensions and materials. Based on this evaluation, a single-family home scale sorption heat storage system was built by connecting multiple spiral fin tubes in parallel. The system was coupled to large storage tanks containing 1200 kg of aqueous sodium hydroxide and tested for both absorption and desorption. Stable operation was achieved under all test conditions with a nominal power output of 4 kW and an energy density of 200 kWh/m3.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Dans ce projet, un démonstrateur de stockage d'énergie thermique à long terme basé sur un processus de sorption liquide a été développé à l'Empa et à la HSLU et testé dans le laboratoire de la HSLU. L'absorption de vapeur d'eau (absorbat) dans de l'hydroxyde de sodium aqueux (absorbant) a été étudiée. La spectroscopie Raman a été utilisée pour mesurer le transport de masse de l'absorbat dans l'absorbant et l'imagerie neutronique pour visualiser l'absorption. Il a été constaté que le transport de masse est lent, et l'accélération peut être trouvée par la force de flottabilité améliorant le transport. Sur la base des résultats de l'analyse des matériaux, une nouvelle conception d'échange de chaleur et de masse a été développée en utilisant un tube à ailettes en spirale conventionnel installé verticalement. Cette conception bénéficie d'un échange de chaleur à contre-courant, d'une longue durée d'exposition de l'absorbeur et d'une décharge à passage unique. Un banc d'essai d'échangeur de chaleur et de masse à tube unique à l'échelle du laboratoire a été construit, et la nouvelle idée a été testée avec une variation des dimensions et des matériaux. Sur la base de cette évaluation, un système de stockage de chaleur par sorption à l'échelle d'une maison individuelle a été construit en connectant plusieurs tubes à ailettes en spirale en parallèle. Le système a été couplé à de grands réservoirs de stockage contenant 1200 kg d'hydroxyde de sodium aqueux et testé pour l'absorption et la désorption. Un fonctionnement stable a été obtenu dans toutes les conditions d'essai et une puissance nominale de 4 kW et une densité énergétique de 200 kWh/m3 ont été atteintes.
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