Entkopplung des örtlichen Wärmeentzugs und der Vereisung in Eisspeichern

 

Mit der Energiewende nimmt der Anteil variabler Energieerzeuger zu. Das Energiesystem muss flexibel sein und Speichermöglichkeiten für unterschiedliche Energien werden immer wichtiger. Eine dezentrale Speichermöglichkeit sind Eisspeicher, welche die Kristallisationsenthalpie des Wassers nutzen. In diesen Niedertemperaturspeichern wird mit Hilfe von Wärmeübertragern dem Speichermedium Wasser kontinuierlich Wärme entzogen. Das Wasser kühlt auf 0°C ab und gefriert bei weiterem Wärmeentzug. Beim Gefrieren wird latente Wärme frei, ein immer größerer Teil des Wassers gefriert, während bei konstanter Temperatur Wärme entzogen wird.

Sobald lokal die Nukleationstemperatur von Wasser unterschritten wird, setzt die Eisbildung an den Wärmeübertrageroberflächen ein. Mit zunehmender Eisdicke steigt der Wärmeleitwiderstand zwischen Wärmeübertragerrohr und Speichermedium. Ein großer Teil des Speichervolumens wird daher von Wärmeübertragerrohren eingenommen, um das komplette Speichervolumen gefrieren zu lassen.

In dem Forschungsvorhaben geht es darum verschiedene Oberflächenbeschichtungen und –rauigkeiten zu testen und deren Einfluss auf die örtliche Nukleationstemperatur zu bestimmen. Durch Oberflächenmodifikationen ist es möglich die örtliche Nukleationstemperatur zu senken und das Speicherwasser so zu unterkühlen. Ziel ist es, das Speicherwasser so weit zu unterkühlen, dass die Eiskeimbildung und der Wärmeentzug örtlich entkoppelt werden. Dadurch ist es möglich den Anteil der Wärmeübertragerrohre am Speichervolumen zu verringern und so die Beladungsleistung des Eisspeichers zu steigern.