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## Tour
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tour.name = Hochtemperaturspeicher
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Button_062AF830_1140_E215_418D_D2FC11B12C47.label = LOREM IPSUM
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DropDown_D1E24B1C_C647_3CCE_41CA_420C8F700325.label = HOCHTEMPERATURSPEICHER
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LOREM IPSUM
DOLOR SIT AMET
JOHN DOE
LICENSED REAL ESTATE SALESPERSON
Tlf.: +11 111 111 111
jhondoe@realestate.com
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Institut für Fahrzeugsystemtechnik und Kolbenmaschinen
Das IFK ist ein Institut des Fachbereichs Maschinenbau und Energietechnik (ME) am Campus Gießen. Es umfasst derzeit drei Professoren sowie drei Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. IFK betreut mehrere Labore des Fachbereiches ME. Dies sind im Einzelnen: das Labor für Kraftfahrzeugtechnik und Verbrennungsmotoren, das Labor für Karosserietechnik und Technisches Design, das Labor für Fahrzeug-Lichttechnik und Bootsentwicklung und das Labor für Kältetechnik.
Die Leitung des THM Motorsport Racing Projekt erfolgt durch das IFK über Herr Professor Dr.-Ing. Herzog und Herr Falgenhauer M.Sc..
Schaltschrank
Zur Integration der elektrischen Versorgung wurde ein Schaltschrank am Hochtemperaturspeicher errichtet. Dieser beinhaltet unter anderem 16 Halbleiterrelais zur Ansteuerung der Heizelemente in dem Hochtemperaturspeicher.
Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) besteht aus einer CPU mit modularen Baugruppen zum Anschluss der Sensoren und Aktoren. Insgesamt wurden 86 Temperaturfühler, 15 Drucksensoren und weitere Sensoren und Aktoren (Regelventile, Füllstandsmelder, Vibrationssensoren etc.) in der Anlage verbaut. Ebenfalls sind die Anschlüsse für den Betrieb der Rückverstromungseinheit, den Kühlkreislauf und der Turbine enthalten.
Kühlkreislauf
Die Abwärme von Turbine, Verdichter und Gaskühler wird über den Kühlkreislauf effizient abgeführt.
Ölkreislauf
Für die Turbine und die beiden Verdichter ist ein jeweils separater Ölkreislauf zur Schmierung und Kühlung installiert. Aufgrund des inversen Gasturbinenprozesses wurde der jeweilige Ölkreislauf über eine Vakuumpumpe an den vorliegenden Unterdruck angepasst, um eine störungsfreie Schmierung der Komponenten zu gewährleisten.
Verdichter
Anstelle eines Turboladers wurden die Verdichter über eine Motor-/Getriebeeinheit betrieben. Dadurch können die Drehzahlen der Strömungsmaschinen und der resultierende Massenstrom unabhängig vom Anlagenbetrieb über Frequenzumrichter flexibel eingestellt werden.
Rekuperator
Zur Steigerung des Wirkungsgrades ist nach der Turbine ein Rekuperator positioniert, wodurch ein hoher Anteil der Wärme zur internen Luftvorwärmung wiedergewonnen werden kann.
Rückverstromung
Die thermische Kraftwerksanlage zur Rückverstromung der Wärme ist in Form eines inversen Gasturbinenprozesses ausgeführt. Bei der Entladung des thermischen Speichers wird das Wärmeträgerfluid (Umgebungsluft) mittels eines Verdichters angesaugt, zur Vorwärmung durch einen Rekuperator geführt und anschließend durch den thermischen Speicher geleitet. In diesem nimmt die Luft durch Konvektion die Wärme von den keramischen Formsteinen auf. Weiterhin wurde ein Bypass um den Speicher geplant, mit welchem über regelbare Ventile die Eintrittstemperatur in die Turbine eingestellt wird.
In der anschließenden Turbine wird die heiße Luft auf ein unter dem Normaldruck befindliches Niveau entspannt. Zur Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage ist nach der Turbine ein Rekuperator positioniert, in dem ein hoher Anteil der Wärme, die in der entspannten Luft vorhanden ist, an die vorzuwärmende Luft übertragen wird. Der anknüpfende Gaskühler bringt die Luft auf die gewünschte Verdichtereintrittstemperatur und reduziert die benötigte Leistung des anschließenden Verdichters, der den Luftdruck wieder auf den Normaldruck anhebt. Durch die Kompression erhöht sich die Lufttemperatur, so dass eine zusätzliche Wärmeauskopplung nach Verdichtung möglich ist.
Die Prozessführung kann sowohl offen als auch geschlossen betrieben werden.
Kühlturm
Der Kühlkreislauf der Anlage beinhaltet einen Nasskühlturm mit einer Leistung von 120KW und angeschlossenem Wärmeübertrager.
Kühlkreislauf
Die Abwärme von Turbine, Verdichter und Gaskühler wird über den Kühlkreislauf effizient abgeführt.
Rückverstromung
Die thermische Kraftwerksanlage zur Rückverstromung der Wärme ist in Form eines inversen Gasturbinenprozesses ausgeführt. Bei der Entladung des thermischen Speichers wird das Wärmeträgerfluid (Umgebungsluft) mittels eines Verdichters angesaugt, zur Vorwärmung durch einen Rekuperator geführt und anschließend durch den thermischen Speicher geleitet. In diesem nimmt die Luft durch Konvektion die Wärme von den keramischen Formsteinen auf. Weiterhin wurde ein Bypass um den Speicher geplant, mit welchem über regelbare Ventile die Eintrittstemperatur in die Turbine eingestellt wird.
In der anschließenden Turbine wird die heiße Luft auf ein unter dem Normaldruck befindliches Niveau entspannt. Zur Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage ist nach der Turbine ein Rekuperator positioniert, in dem ein hoher Anteil der Wärme, die in der entspannten Luft vorhanden ist, an die vorzuwärmende Luft übertragen wird. Der anknüpfende Gaskühler bringt die Luft auf die gewünschte Verdichtereintrittstemperatur und reduziert die benötigte Leistung des anschließenden Verdichters, der den Luftdruck wieder auf den Normaldruck anhebt. Durch die Kompression erhöht sich die Lufttemperatur, so dass eine zusätzliche Wärmeauskopplung nach Verdichtung möglich ist.
Die Prozessführung kann sowohl offen als auch geschlossen betrieben werden.
Hochtemperaturspeicher
Das Konzept beinhaltet eine aus Stein gemauerte Trägerhülle, in welcher der eigentliche Wärmespeicher als Steinstapel eingefasst ist, um die nötige Stabilität zu gewährleisten. Auf Basis dieser Voraussetzung und der neu erstellten geometrischen Anordnung konnte auf die Herstellung von speziellen Formsteinen verzichtet werden. Stattdessen erfolgte die Ausführung mit temperaturbeständigen Steinen als Standardformat.
Innerhalb des Steinstapels wurden Heizelemente zur Erwärmung eingebracht.
Aufgrund des errechneten Gewichts von mehr als 18 Tonnen musste ebenfalls eine Analyse des vorhandenen Fundaments durchgeführt werden. Weiterhin wurde der Boden mit Stahlplatten versehen, auf welches ein zusätzliches, feuerfestes Fundament gegossen wurde, um die Lastabtragung zu gewährleisten. Als tragende Hülle für die Isolation um den Speicher wurde ein Stahlgerüst mit angeschweißten Blechen montiert, welche die Isolation in Form einer Schüttung beinhaltet. Wegen der Isolationseigenschaften und den Temperaturverhältnissen an der gemauerten Trägerhülle wurde der Dämmstoff Vermiculite gewählt.
Verdichter
Anstelle eines Turboladers wurden die Verdichter über eine Motor-/Getriebeeinheit betrieben. Dadurch können die Drehzahlen der Strömungsmaschinen und der resultierende Massenstrom unabhängig vom Anlagenbetrieb über Frequenzumrichter flexibel eingestellt werden.
Schaltschrank
Zur Integration der elektrischen Versorgung wurde ein Schaltschrank am Hochtemperaturspeicher errichtet. Dieser beinhaltet unter anderem 16 Halbleiterrelais zur Ansteuerung der Heizelemente in dem Hochtemperaturspeicher.
Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) besteht aus einer CPU mit modularen Baugruppen zum Anschluss der Sensoren und Aktoren. Insgesamt wurden 86 Temperaturfühler, 15 Drucksensoren und weitere Sensoren und Aktoren (Regelventile, Füllstandsmelder, Vibrationssensoren etc.) in der Anlage verbaut. Ebenfalls sind die Anschlüsse für den Betrieb der Rückverstromungseinheit, den Kühlkreislauf und der Turbine enthalten.
Hochtemperaturspeicher
Im Zuge des Ausbaus der Erneuerbaren Energien ist die Erforschung und Entwicklung neuartiger Speichertechnologien unabdingbar geworden. Die Errichtung und Untersuchung des Betriebsverhaltens eines neuartigen Hochtemperaturspeichers (HTS) zur Netzstabilisierung und sektorenübergreifender Speicherung ist Hauptbestandteil des Vorhabens.
Konkret soll im HTS elektrische Energie über Widerstandsheizelemente in Wärme auf einem Temperaturniveau bis zu 1200°C gewandelt werden. Die hochexergetische Wärme wird in keramischen Speicherkörpern eingespeichert und bei Bedarf über einen inversen Gasturbinenprozess wieder in Strom und Wärme gewandelt. Dabei wird Luft im Speicher erhitzt und über die Turbine in den Unterdruck entspannt. Die entspannte Luft wird durch interne Wärmerückgewinnung und anschließende Wärmeauskopplung gekühlt, bevor sie wieder auf Atmosphärendruck verdichtet wird. Diese Prozessführung erlaubt somit einen drucklosen Speicherbetrieb, wodurch ein vereinfachten und kostengünstigen Speicheraufbau ermöglicht wird. Zur Steigerung des gesamten Wirkungsgrades kann die Abwärme des inversen Gasturbinenprozesses für Nutzwärme, z.B. Fernwärme, ausgekoppelt werden.
Die drei Speicherphasen Beladung, Speicherung und Entladung (Rückverstromung) wurden im Rahmen des Vorhabens theoretisch untersucht. Gleichzeitig wurde ein HTS-Demonstrator mit Rückverstromungseinheit ausgelegt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Dadurch konnte das reale Betriebsverhalten aufgezeigt und untersucht werden.
Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
Heizelemente
Die Heizelemente besitzen jeweils eine Leistung von 6,5 KW. Insgesamt wurden 48 Heizelemente in dem Speicher verbaut und erwärmen den Speicher bis zu 1200°C . So können im Falle eines Stromüberschusses bis zu 312 KW aus dem Versorgungsnetz entnommen und in Form von Wärme dem Speicher zugeführt werden
Rekuperator
Zur Steigerung des Wirkungsgrades ist nach der Turbine ein Rekuperator positioniert, wodurch ein hoher Anteil der Wärme zur internen Luftvorwärmung wiedergewonnen werden kann.
Rückverstromung
Die thermische Kraftwerksanlage zur Rückverstromung der Wärme ist in Form eines inversen Gasturbinenprozesses ausgeführt. Bei der Entladung des thermischen Speichers wird das Wärmeträgerfluid (Umgebungsluft) mittels eines Verdichters angesaugt, zur Vorwärmung durch einen Rekuperator geführt und anschließend durch den thermischen Speicher geleitet. In diesem nimmt die Luft durch Konvektion die Wärme von den keramischen Formsteinen auf. Weiterhin wurde ein Bypass um den Speicher geplant, mit welchem über regelbare Ventile die Eintrittstemperatur in die Turbine eingestellt wird.
In der anschließenden Turbine wird die heiße Luft auf ein unter dem Normaldruck befindliches Niveau entspannt. Zur Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage ist nach der Turbine ein Rekuperator positioniert, in dem ein hoher Anteil der Wärme, die in der entspannten Luft vorhanden ist, an die vorzuwärmende Luft übertragen wird. Der anknüpfende Gaskühler bringt die Luft auf die gewünschte Verdichtereintrittstemperatur und reduziert die benötigte Leistung des anschließenden Verdichters, der den Luftdruck wieder auf den Normaldruck anhebt. Durch die Kompression erhöht sich die Lufttemperatur, so dass eine zusätzliche Wärmeauskopplung nach Verdichtung möglich ist.
Die Prozessführung kann sowohl offen als auch geschlossen betrieben werden.
Leistungselektronik der Turbine
Die Leistungselektronik dient zur Steuerung der Generatorturbine und zur Einspeisung des erzeugten Stroms in das Versorgungsnetz.
MSR
Die Steuerung der gesamten Anlage wurde mithilfe einer SPS der Firma Siemens® vom Typ 1500 und der dazugehörigen programmierbaren Visualisierung des Prozesses über einen PC durchgeführt.
Mithilfe der Programmiersoftware TIA Portal V15® wurde die SPS entsprechend der Anlagenvoraussetzungen und Sicherheitsaspekten eigenständig programmiert und konfiguriert. Die Benutzeroberfläche ist mit der ebenfalls von Siemens bereitgestellten Software WinCC® erstellt worden. Diese mit TIA Portal verknüpfte Software ermöglicht die individuelle Gestaltung der Benutzeroberfläche. Dazu zählt das Fließbild mit bereits vorkonfigurierten Komponenten oder individuell erstellten Fragmenten.
Rückverstromung
Die thermische Kraftwerksanlage zur Rückverstromung der Wärme ist in Form eines inversen Gasturbinenprozesses ausgeführt. Bei der Entladung des thermischen Speichers wird das Wärmeträgerfluid (Umgebungsluft) mittels eines Verdichters angesaugt, zur Vorwärmung durch einen Rekuperator geführt und anschließend durch den thermischen Speicher geleitet. In diesem nimmt die Luft durch Konvektion die Wärme von den keramischen Formsteinen auf. Weiterhin wurde ein Bypass um den Speicher geplant, mit welchem über regelbare Ventile die Eintrittstemperatur in die Turbine eingestellt wird.
In der anschließenden Turbine wird die heiße Luft auf ein unter dem Normaldruck befindliches Niveau entspannt. Zur Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage ist nach der Turbine ein Rekuperator positioniert, in dem ein hoher Anteil der Wärme, die in der entspannten Luft vorhanden ist, an die vorzuwärmende Luft übertragen wird. Der anknüpfende Gaskühler bringt die Luft auf die gewünschte Verdichtereintrittstemperatur und reduziert die benötigte Leistung des anschließenden Verdichters, der den Luftdruck wieder auf den Normaldruck anhebt. Durch die Kompression erhöht sich die Lufttemperatur, so dass eine zusätzliche Wärmeauskopplung nach Verdichtung möglich ist.
Die Prozessführung kann sowohl offen als auch geschlossen betrieben werden.
Turbine
Die Generatorturbine hat eine Maximalleistung von 60 kWel und wird üblicherweise zur Abgasnachverstromung von BHKWs verwendet.
Bei dem vorliegenden inversen Gasturbinenprozess entspannt die Turbine die heiße Luft in den Unterdruck.
Kühlturm
Der Kühlkreislauf der Anlage beinhaltet einen Nasskühlturm mit einer Leistung von 120KW und angeschlossenem Wärmeübertrager.
MSR
Die Steuerung der gesamten Anlage wurde mithilfe einer SPS der Firma Siemens® vom Typ 1500 und der dazugehörigen programmierbaren Visualisierung des Prozesses über einen PC durchgeführt.
Mithilfe der Programmiersoftware TIA Portal V15® wurde die SPS entsprechend der Anlagenvoraussetzungen und Sicherheitsaspekten eigenständig programmiert und konfiguriert. Die Benutzeroberfläche ist mit der ebenfalls von Siemens bereitgestellten Software WinCC® erstellt worden. Diese mit TIA Portal verknüpfte Software ermöglicht die individuelle Gestaltung der Benutzeroberfläche. Dazu zählt das Fließbild mit bereits vorkonfigurierten Komponenten oder individuell erstellten Fragmenten.
Rückverstromung
Die thermische Kraftwerksanlage zur Rückverstromung der Wärme ist in Form eines inversen Gasturbinenprozesses ausgeführt. Bei der Entladung des thermischen Speichers wird das Wärmeträgerfluid (Umgebungsluft) mittels eines Verdichters angesaugt, zur Vorwärmung durch einen Rekuperator geführt und anschließend durch den thermischen Speicher geleitet. In diesem nimmt die Luft durch Konvektion die Wärme von den keramischen Formsteinen auf. Weiterhin wurde ein Bypass um den Speicher geplant, mit welchem über regelbare Ventile die Eintrittstemperatur in die Turbine eingestellt wird.
In der anschließenden Turbine wird die heiße Luft auf ein unter dem Normaldruck befindliches Niveau entspannt. Zur Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage ist nach der Turbine ein Rekuperator positioniert, in dem ein hoher Anteil der Wärme, die in der entspannten Luft vorhanden ist, an die vorzuwärmende Luft übertragen wird. Der anknüpfende Gaskühler bringt die Luft auf die gewünschte Verdichtereintrittstemperatur und reduziert die benötigte Leistung des anschließenden Verdichters, der den Luftdruck wieder auf den Normaldruck anhebt. Durch die Kompression erhöht sich die Lufttemperatur, so dass eine zusätzliche Wärmeauskopplung nach Verdichtung möglich ist.
Die Prozessführung kann sowohl offen als auch geschlossen betrieben werden.
Hochtemperaturspeicher
Das Konzept beinhaltet eine aus Stein gemauerte Trägerhülle, in welcher der eigentliche Wärmespeicher als Steinstapel eingefasst ist, um die nötige Stabilität zu gewährleisten. Auf Basis dieser Voraussetzung und der neu erstellten geometrischen Anordnung konnte auf die Herstellung von speziellen Formsteinen verzichtet werden. Stattdessen erfolgte die Ausführung mit temperaturbeständigen Steinen als Standardformat.
Innerhalb des Steinstapels wurden Heizelemente zur Erwärmung eingebracht.
Aufgrund des errechneten Gewichts von mehr als 18 Tonnen musste ebenfalls eine Analyse des vorhandenen Fundaments durchgeführt werden. Weiterhin wurde der Boden mit Stahlplatten versehen, auf welches ein zusätzliches, feuerfestes Fundament gegossen wurde, um die Lastabtragung zu gewährleisten. Als tragende Hülle für die Isolation um den Speicher wurde ein Stahlgerüst mit angeschweißten Blechen montiert, welche die Isolation in Form einer Schüttung beinhaltet. Wegen der Isolationseigenschaften und den Temperaturverhältnissen an der gemauerten Trägerhülle wurde der Dämmstoff Vermiculite gewählt.
Hochtemperaturspeicher
Das Konzept beinhaltet eine aus Stein gemauerte Trägerhülle, in welcher der eigentliche Wärmespeicher als Steinstapel eingefasst ist, um die nötige Stabilität zu gewährleisten. Auf Basis dieser Voraussetzung und der neu erstellten geometrischen Anordnung konnte auf die Herstellung von speziellen Formsteinen verzichtet werden. Stattdessen erfolgte die Ausführung mit temperaturbeständigen Steinen als Standardformat.
Innerhalb des Steinstapels wurden Heizelemente zur Erwärmung eingebracht.
Aufgrund des errechneten Gewichts von mehr als 18 Tonnen musste ebenfalls eine Analyse des vorhandenen Fundaments durchgeführt werden. Weiterhin wurde der Boden mit Stahlplatten versehen, auf welches ein zusätzliches, feuerfestes Fundament gegossen wurde, um die Lastabtragung zu gewährleisten. Als tragende Hülle für die Isolation um den Speicher wurde ein Stahlgerüst mit angeschweißten Blechen montiert, welche die Isolation in Form einer Schüttung beinhaltet. Wegen der Isolationseigenschaften und den Temperaturverhältnissen an der gemauerten Trägerhülle wurde der Dämmstoff Vermiculite gewählt.
Hochtemperaturspeicher
Das Konzept beinhaltet eine aus Stein gemauerte Trägerhülle, in welcher der eigentliche Wärmespeicher als Steinstapel eingefasst ist, um die nötige Stabilität zu gewährleisten. Auf Basis dieser Voraussetzung und der neu erstellten geometrischen Anordnung konnte auf die Herstellung von speziellen Formsteinen verzichtet werden. Stattdessen erfolgte die Ausführung mit temperaturbeständigen Steinen als Standardformat.
Innerhalb des Steinstapels wurden Heizelemente zur Erwärmung eingebracht.
Aufgrund des errechneten Gewichts von mehr als 18 Tonnen musste ebenfalls eine Analyse des vorhandenen Fundaments durchgeführt werden. Weiterhin wurde der Boden mit Stahlplatten versehen, auf welches ein zusätzliches, feuerfestes Fundament gegossen wurde, um die Lastabtragung zu gewährleisten. Als tragende Hülle für die Isolation um den Speicher wurde ein Stahlgerüst mit angeschweißten Blechen montiert, welche die Isolation in Form einer Schüttung beinhaltet. Wegen der Isolationseigenschaften und den Temperaturverhältnissen an der gemauerten Trägerhülle wurde der Dämmstoff Vermiculite gewählt.
Hochtemperaturspeicher
Das Konzept beinhaltet eine aus Stein gemauerte Trägerhülle, in welcher der eigentliche Wärmespeicher als Steinstapel eingefasst ist, um die nötige Stabilität zu gewährleisten. Auf Basis dieser Voraussetzung und der neu erstellten geometrischen Anordnung konnte auf die Herstellung von speziellen Formsteinen verzichtet werden. Stattdessen erfolgte die Ausführung mit temperaturbeständigen Steinen als Standardformat.
Innerhalb des Steinstapels wurden Heizelemente zur Erwärmung eingebracht.
Aufgrund des errechneten Gewichts von mehr als 18 Tonnen musste ebenfalls eine Analyse des vorhandenen Fundaments durchgeführt werden. Weiterhin wurde der Boden mit Stahlplatten versehen, auf welches ein zusätzliches, feuerfestes Fundament gegossen wurde, um die Lastabtragung zu gewährleisten. Als tragende Hülle für die Isolation um den Speicher wurde ein Stahlgerüst mit angeschweißten Blechen montiert, welche die Isolation in Form einer Schüttung beinhaltet. Wegen der Isolationseigenschaften und den Temperaturverhältnissen an der gemauerten Trägerhülle wurde der Dämmstoff Vermiculite gewählt.
Hochtemperaturspeicher
Das Konzept beinhaltet eine aus Stein gemauerte Trägerhülle, in welcher der eigentliche Wärmespeicher als Steinstapel eingefasst ist, um die nötige Stabilität zu gewährleisten. Auf Basis dieser Voraussetzung und der neu erstellten geometrischen Anordnung konnte auf die Herstellung von speziellen Formsteinen verzichtet werden. Stattdessen erfolgte die Ausführung mit temperaturbeständigen Steinen als Standardformat.
Innerhalb des Steinstapels wurden Heizelemente zur Erwärmung eingebracht.
Aufgrund des errechneten Gewichts von mehr als 18 Tonnen musste ebenfalls eine Analyse des vorhandenen Fundaments durchgeführt werden. Weiterhin wurde der Boden mit Stahlplatten versehen, auf welches ein zusätzliches, feuerfestes Fundament gegossen wurde, um die Lastabtragung zu gewährleisten. Als tragende Hülle für die Isolation um den Speicher wurde ein Stahlgerüst mit angeschweißten Blechen montiert, welche die Isolation in Form einer Schüttung beinhaltet. Wegen der Isolationseigenschaften und den Temperaturverhältnissen an der gemauerten Trägerhülle wurde der Dämmstoff Vermiculite gewählt.