NEWCLINE – Advanced thermocline concepts for thermal energy storage for CSP (CSP Era.net ID:20)

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502146

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Thermocline ist ein kosteneffizientes thermisches Speichersystem, das die Kapitalkosten um bis zu 40 % senken kann. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung neuer Thermokline-Konzepte, die für verschiedene CSP-Anlagen (PT, CR, LF) geeignet sind. Es werden zwei unterschiedliche, aber komplementäre Konzepte in Bezug auf die Materialien (Medien) vorgeschlagen. Das erste Konzept beinhaltet die Verwendung von innovativen strukturierten keramischen Füllstoffen. Das andere Konzept ist eine innovative Kombination aus festem Füllmaterial (das keramische ist die bevorzugte Option) mit speziell ausgewähltem, eingekapseltem Phasenwechselmaterial im oberen und unteren Bereich des Tanks.

Beide Konzepte werden im Labormaßstab experimentell getestet, wobei das Hauptaugenmerk auf der Analyse der relevanten thermischen und strömungsdynamischen Aspekte liegt, die das neue Füllkörperbett charakterisieren (lokale Wärmeübergangskoeffizienten, Reibungsfaktoren, Strömungsinteraktion mit dem PCM usw.). Die beiden Konzepte werden auch experimentell im relevanten Pilotmaßstab von 4 MWh mit mindestens 50 Lade-/Entladezyklen getestet.

Die detaillierte Simulation beider Konzepte wird mit den im Rahmen dieses Projekts gewonnenen experimentellen Daten validiert. Auf der Grundlage der von den Partnern bereits entwickelten Simulationswerkzeuge werden beide Konzepte im Hinblick auf die Systemintegration und die Einsparungen bei den Gesamtbetriebskosten auf der Ebene der CSP-Anlagen und der Hochskalierung für CSP-Zielanwendungen bewertet und optimiert.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Thermocline is a cost efficient thermal storage system able to reduce capital costs up to 40%. The objective of this project is to develop new thermocline concepts that can be applicable to different CSP plants (PT, CR, LF). Two different, but complementary, concepts related to the materials (media) are proposed. The first concept involves the use of innovative structured ceramic filler refractories. The other one is an innovative combination of solid filler material (the ceramic one is the preferred option) with specially selected encapsulated phase change material located at the top and bottom regions of the tank.

Both concepts will be experimentally tested in a lab-scale set up, where attention is focused on the analysis of the relevant thermal and fluid dynamic aspects that characterize the new packed bed (local heat transfer coefficients, friction factors, flow inter-action with the PCM, etc.). The two concepts will also be experimentally tested at relevant pilot scale of 4 MWh with at least 50 charge/discharge cycles.

Detailed simulation of both concepts will be validated with the experimental data generated in this project. Based on the simulation tools already developed by the partners, both concepts will be evaluated and optimized in terms of system integration and LCOE savings on a CSP system level and up-scaling for CSP target applications.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Thermocline est un système de stockage thermique rentable capable de réduire les coûts d'investissement jusqu'à 40%. L'objectif de ce projet est de développer de nouveaux concepts de thermocline qui peuvent être applicables à différentes centrales CSP (PT, CR, LF). Deux concepts différents, mais complémentaires, liés aux matériaux (médias) sont proposés. Le premier concept implique l'utilisation de réfractaires innovants à charge céramique structurée. L'autre est une combinaison innovante de matériaux de remplissage solides (la céramique est l'option préférée) avec un matériau à changement de phase encapsulé spécialement sélectionné, situé dans les régions supérieure et inférieure du réservoir.

Les deux concepts seront testés expérimentalement dans une installation à l'échelle du laboratoire, où l'attention sera portée sur l'analyse des aspects thermiques et dynamiques des fluides qui caractérisent le nouveau lit tassé (coefficients de transfert de chaleur locaux, facteurs de friction, interaction de l'écoulement avec le MCP, etc.) Les deux concepts seront également testés expérimentalement à une échelle pilote de 4 MWh avec au moins 50 cycles de charge/décharge.

La simulation détaillée des deux concepts sera validée avec les données expérimentales générées dans ce projet. Sur la base des outils de simulation déjà développés par les partenaires, les deux concepts seront évalués et optimisés en termes d'intégration du système et de réduction du coût total de possession (LCOE) au niveau du système CSP et de la mise à l'échelle pour les applications cibles CSP.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Zugehörige Dokumente

• Annual Report 2022 [PDF] 3'370 kB