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Regenerationsmodul für dezentrale Trocknung

BMWi Euronorm Innokom Ost

02/2015-07/2017

Dipl.-Ing. (FH) Hannes Rosenbaum

+49-351-4081-667

in Bearbeitung

Energiespeicher und Sorption dezentral im Einsatz

Dezentrale Sorptionstrocknung in Verbindung mit regenerativen Energiequellen

Themenschwerpunkt: „Membranbasierte Raumklimatisierung“

Infolge der Energiewende und dem zunehmenden Anteil an witterungsabhängigen erneuerbaren Energien bei der Energieversorgung besteht zunehmend das Bestreben, Lastverläufe dem Verlauf der Erzeugung – und nicht (wie bisher) die Erzeugung den Lastverläufen – anzupassen. Aktuelle Studien fordern eine Flexibilisierung der Stromnachfrage, ein effizientes Lastmanagement sowie eine intelligente Verknüpfung des Strom- und Wärmemarktes, u.a. durch:

  • Erzeugungsspitzen von Windkraft- und Photovoltaikanlagen vermeiden oder für Wärme nutzen
  • Vermehrter Einsatz von Energiespeichern, Ausbau der Energiespeichertechnologie
  • Variable Verbraucher, z.B. sogenannte „intelligente Haushaltsgeräte“
  • Intelligente Haustechnik, insbesondere derjenigen mit Kälte oder Wärme arbeitenden Geräte (Tiefkühltruhen, Kühlschränke, Warmwasserbereiter, Klimageräte, Spülmaschinen, Waschmaschinen)
  • Verknüpfung der Strom- und Wärmeversorgung, z.B. Gebäudeheizung und industrielle Prozesswärme

Trocknungs- und Luftentfeuchtungsprozesse sind jedoch in aller Regel dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Trennung von Energieversorgung und Nutzungszeit ohne energetische Verluste nahezu unmöglich möglich ist. Daher werden weder industrielle (Prozesslufttechnik), noch gebäudetechnische (Klimatechnik), noch haushaltsnahe (Wohnungslüftung, Wäschetrockner,…) Trocknungs- und Luftentfeuchtungsprozesse in konventioneller Form (Kondensationstrocknung, Marktanteil 92…95 % oder mit Sorptionstrocknungsverfahren mit festen Sorptionsmitteln, Marktanteil 5…8 %) den komplexen Anforderungen an die Energiewende gerecht.

Die einzige auf die Anforderungen der Energiewende anpassbare Technologie zur Trocknung bzw. Luftentfeuchtung sind Flüssigsorptionsprozesse in Kombination mit Sorptionsmittelspeichern. Bisher sind jedoch (entwicklungsbedingt) keine dezentralen Anlagen mit diesem Trocknungsprozess bekannt.

Projektziel ist die Entwicklung eines Regenerationsmoduls für dezentrale (flüssigsorptionsbasierte) Trocknungsprozesse einschließlich erforderlicher Schnittstellen für Stoff- und Energieströme. Als „Herz“ eines Modular aufgebauten Gesamtsystems ist es das Bindeglied zwischen mehreren vereinzelten Entfeuchtungsmodulen (Absorptionseinheiten) und einer lokalen Energieversorgung für die Regeneration des Sorptionsmittels im Trocknungsprozess.

Aufgaben des Regenerationsmoduls sind sehr komplex und gehen weit über den Stand der Technik und den bisherigen Entwicklungsstand hinaus:

  • Aufbereitung des in dezentralen Absorptionseinheiten verdünnten flüssigen Sorptionsmittels
  • Speicherung des Flüssigsorptionsmittels – vorzugsweise „konzentrationsvariabel“ (abhängig von Energie- und Lastmanagement Speicherung vor, während oder nach der Aufbereitung)
  • Energie- und Lastmanagement für energieeffiziente und zugleich zeitlich flexible Regeneration gemäß den beschriebenen Anforderungen der Energiewende an „intelligente Verbraucher“
  • Vernetzung der Energieversorgung für das Regenerationsmodul mit externen, nicht direkt am Trocknungsprozess beteiligten thermodynamischen Prozessen: verfügbare Abwärme kann von außen in den Prozess eingekoppelt werden (für Regenerationswärme) oder ungenutzte Restwärme (im Idealfall Kondensationswärme aus der feuchtebeladenen Regenerations-Fortluft) kann zum Nutzen externer Prozesse ausgekoppelt werden (Synergie- Effekten)
  • Möglichkeit zur Wärmeversorgung aus verschiedenartigen Energieträgen: Die Vorzugsvariante entspricht einer (ebenfalls mobilen) Wärmeversorgung aus Solarthermie in Kombination mit einem (mobilen) PV- System für Hilfsenergie und Lufttransport.
  • Möglichkeit zur Regeneration von Sorptionsmittel in (zwischen Absorptionseinheiten und Regenerationsmodul) wechselbaren Reservoirs („Sorptions-Akkus“)
  • Variable Größe in Abhängigkeit von Anzahl und Art der Absorptionseinheiten
  • Je nach Anwendungsgebiet: Mobilität (bei kleineren Regenerationsmodulen)

Lösungsansatz und Entwicklungsschritte:

Modularisierung des Prozesses und der Schnittstelle zur Energieversorgung
Der wesentliche Lösungsansatz beinhaltet die Modularisierung aller an dezentralen Trocknungsprozessen beteiligten „Bausteine“. Dazu gehören neben dem Regenerationsmodul und den Absorptionseinheiten auch Sorptionsmittelreservoirs und Energieversorgung im Sinne sogenannter Erweiterungsmodule. Die Entwicklung beginnt bei den Einzelkomponenten des Regenerationsmoduls und endet nach umfangreichen theoretischen und messtechnischen Analysen zum energetischen, zeitlichen und örtlichen Zusammenspiel von Energieversorgung und Regenerationsmodul. Die Entwicklung dieser Schnittstelle zwischen Energieversorgung und Regenerationsmodul ist ebenso Teil des Projektes. Ergänzend werden die messtechnischen Analysen durch dynamische Simulationsrechnungen mit entsprechend erarbeiteten Simulationsmodellen.


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