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ResoFreeze: Neuartiges Anlagenkonzept zur Kältelieferung mit KWKK

EnEff:Wärme - Forschung für energieeffiziente Wärme- und Kältenetze
Ansicht einer 80 kW-Resorptionsanlage, die in ähnlicher Form im

Ansicht einer 80 kW-Resorptionsanlage, die in ähnlicher Form im Rahmen des Forschungsprojekts errichtet wird.

© Makatec GmbH

Projektsteckbrief

Projektstatus Projektstatus: Phase 2Planung
Standort TU Dresden, 01069 Dresden
Projektfahrplan Inbetriebnahme der Anlage, Entwicklung von Berechnungsmodellen zur Simulation des Prozesses, Validierung der Simulation mittels Messdaten der Anlage
Träger TU Dresden, Makatec GmbH
Projektthemen

Projektbeschreibung

Um die Betriebszeiten von KWK-Anlagen weiter zu erhöhen, kann im Sommer die Abwärme der Stromerzeugung zur Bereitstellung von Kälte auch im Bereich unter 0 °C genutzt werden. Eine neuartige Anlage zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) soll dazu thermodynamisch optimiert, Bau und Test einer Prototyp-Anlage sollen das wirtschaftliche Potenzial des Anlagenkonzeptes nachweisen. Kernpunkt der Entwicklung ist eine Resorptionskälteanlage, die im Verbund mit einem Eisspeicher die zeitliche Entkopplung von Strom- und Kältebedarfsspitzen erlaubt. Damit lassen sich neue Freiheitsgrade für die Effizienzsteigerung und Wirtschaftlichkeit des gesamten Versorgungssystems erschließen.

In allen Szenarien des Wechsels zur regenerativ basierten Energieversorgung gehört die Nutzung hocheffizienter Kraft-Wärme-Kopplung zu den anerkannten Übergangstechnologien. Dazu gilt es, das Potenzial der KWKK mehr als bisher auch im Bereich der Kältebereitstellung, z.B. für die Lagerung in der  Nahrungsmittelindustrie, sowie in industriellen und technologischen Prozessen - also im Bereich zwischen –5 und +4 °C zu erschließen.

Projekt

Der steigendende Kältebedarf in privaten Haushalten und in der Industrie muss durch geeignete Konzepte gedeckt werden. Kompressionskältemaschinen, die große Mengen an elektrischer Energie benötigen, können mittels Absorptionsprozess sowie verfügbare Abwärmepotenziale ersetzt werden. Vor allem Abwärme im Temperaturbereich von 70–90°C steht hier im Fokus, da diese in einer Vielzahl von technischen Anwendungen entsteht und für andere Technologien - wie einfache rechtsläufige Prozesse - nur schlecht genutzt werden kann. Diese Abwärme könnte z.B. durch eine solarthermische Anlage oder ein BHKW im Sommer bereitgestellt werden, da der Wärmebedarf in diesen Monaten gering ist. Das BHKW könnte in Volllast betrieben werden, was einen hohen elektrischen Wirkungsgrad und eine hohe Vergütung zur Folge hat.

Um diese Vorteile zu nutzen, wurde eine neuartige Resorptionsanlage mit dem Arbeitsmittelgemisch Wasser/Ammoniak entwickelt. Sie soll als Demonstrationsanlage in Betrieb genommen werden. Um die zeitliche Entkopplung von Elektroenergieerzeugung und Kältebereitstellung vor allem in Spitzenlastzeiten zu gewährleisten, wird die erzeugte Kälte in einem Eisspeicher gespeichert. Für dieses Anlagenkonzept sollen Berechnungsmodelle entwickelt und validiert werden.

Zeitlicher Ablauf
  1. Installation und Inbetriebnahme der Resorptionskältemaschine am Standort Dresden bis Dez. 2013. 
  2. Test und Messung von Leistungsdaten der Anlage bis etwa Juni 2014. 
  3. Optimierung der Fahrweise der Anlage sowie Validierung der Simulationscodes bis Anfang 2015.

In einer zweiten Projektphase ab 2015 wird eine Anlage im gewerblichen Umfeld als Demonstrationsanlage errichtet.

Konzept

Durch das Projekt soll nachgewiesen werden, dass das Konzept der KWKK-Anlage im Vergleich zu einer herkömmlichen KWK-Anlage eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit mitsichbringt. Dies ist insbesondere dort zu erwarten, wo ein ganzjähriger Kühlbedarf besteht. Weiterhin soll im Forschungsprojekt untersucht werden, welche Einsparpotenziale durch den Einsatz kompakter Kunststoffwärmeübertrager entstehen. Diese weisen eine hohe Resistenz gegen aggressive Medien wie Ammoniak sowie deutlich geringere materialspezifische Kosten gegenüber Stählen mit hoher Korrosionsbeständigkeit auf. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung des Teillastverhaltens der Resorptionsanlage auch bei hohen Außentemperaturen im Sommer.