Low Cost Storage of Heat

Low Cost Storage of Heat

Het project

Opslag kan zeer effectief zijn om de ongelijktijdigheid van aanbod en vraag naar warmte te overbruggen en is dus volop in onderzoek. Sommige materialen lenen zich goed voor warmteopslag bij een faseovergang van vaste naar vloeibare toestand. In gebouwen of in koelhuizen dit al toegepast. De procesindustrie wil deze Phase Change Materials (PCM) nu ook toepassen, maar wel voor grotere hoeveelheden warmte en bij hogere temperaturen.

Voor wie?

Procesindustrie en voedingsmiddelenindustrie.

Wat is nieuw?

Phase Change Materials (PCM) zijn meestal zouten met water(zouthydraten)  die  bij verhitting smelten, en bij stollen de opgeslagen warmte weer vrijgeven. Magnesiumchloridezout is met een smelttemperatuur rond 120 graden geschikt om warmte uit stoom op te slaan en terug te leveren, met laad- en ontladingstijden van typisch een uur. Ook  dicarbonzuren en suikeralcoholen zijn potentieel geschikt om in dit temperatuurgebied warmte op te slaan. Bufferen van warmte in PCM op een schaalgrootte van een tot tientallen gigajoules en bij temperaturen van boven de 100°C is nog niet vertoond.

Belangrijkste onderzoekpunten

Het eerste onderzoek in dit RD&D-traject was gericht op het ontwikkelen van deze relatief goedkope manier van opslag en betrof vooral het in kaart brengen van de prestaties en stabiliteit van een kleinschalige opslag (zo’n 100 liter), bij talrijke laad- en ontladingscycli. Bij het opvolgende opschalingsproject gaat het om een installatie van 2 m³, met een energie-inhoud in de ordegrootte van 1 GJ.

Voordat opschaling naar industrieel relevant niveau met nog eens een factor tien kan plaatsvinden moet eerst de stabiliteit van deze materialen aangetoond worden. Bij de kleinschalige proef zijn stoffen toegevoegd om de stabiliteit van het zouthydraat te verbeteren. Die toevoegingen worden tegelijk ingezet voor het verbeteren van de warmtegeleiding binnen het mengsel. Als dat lukt kunnen de kosten voor een volumineuze warmtewisselaar worden bespaard.

De resultaten uit de testfase worden gebruikt voor verdere optimalisatie van de prestaties en evaluatie van het economisch perspectief van de technologie voor verschillende toepassingen.

Besparingen

Bij batchprocessen in de procesindustrie en levensmiddelenindustrie is vaak sprake van ontwikkeling van warmte die niet direct kan worden hergebruikt voor de opwarming van het proces en dus wordt geloosd. Warmteopslag overbrugt die ongelijktijdigheid en bespaart daarmee 50 tot 80% op de warmtebehoefte.  Het besparingspotentieel voor warmteopslagtechnologie in de Nederlandse industrie is naar schatting 10 PJ/jaar. Daarnaast kan energieopslag een ondersteunende rol spelen in flexibeler gebruik van energie en daarmee de integratie van duurzame energie.

Looptijd

Het onderzoek, dat al sinds 2014 loopt, zal in 2018 worden afgerond.

Volgende stappen

Bij gunstige uitkomsten zal een pilot on-site worden voorbereid bij een industrieel bedrijf. Geïnteresseerde  partijen zijn van harte uitgenodigd om daarvoor contact op te nemen met de Project Coördinator Robert de Boer, robert.deboer@tno.nl

Partners

ECN, DOW, Bronswerk Heat Transfer, BlueTerra (voorheen Industrial Energy Experts), ISPT, TNO, Perstorp, Salca, Nedmag, EMMTEC.

Developing industrial heat storage systems

The project

Thermal Storage can be very effective and economical in matching the asynchronous supply and demand for industrial heat. Some materials are quite well capable to store the energy in the phase transition of melting and returning the heat again at the chosen moment by solidifying. This principle has already been applied in buildings or in cold stores. The process industry now wants to apply these Phase Change Materials (PCM) on a larger scale and at higher temperatures.

For whom?

Process industry and food industry.

What's new?

Phase Change Materials are usually salts with water (salt hydrates). E.g. magnesium chloride salt, with a melting temperature around 120°C, is suitable for storing and returning heat from steam, with charging and discharging cycles of typically one hour. Dicarboxylic acids and sugar alcohols are also potentially suitable for storing heat in this temperature range. Buffering of heat in PCM on a scale of one to tens of gigajoules and at temperatures above 100 ° C has not yet been shown.

Main research points

The initial research in this RD & D project was aimed at developing this relatively inexpensive storage method and mainly concerned mapping the performance and stability of a small-scale storage with numerous charging and discharging cycles. The subsequent scaling project involves an installation of 2 m³, with an energy content in the order of 1 GJ.

Before scaling up to an industrially relevant level with another factor of ten, the stability of these materials must first be demonstrated. In the small-scale test, substances are added to improve the stability of the salt hydrate. Additives are also used to improve the heat transfer within the mixture. If successful, the costs for a voluminous heat exchanger can be saved.

The results from the test phase are used for further optimization and evaluation of the economic perspective of the technology for different applications.

Savings

In batch processes in the process industry and the food industry, the produced heat can often not be reused immediately and is therefore discharged. Heat storage matches this unevenness, saving 50 to 80% on the heat demand. The savings potential for heat storage technology in Dutch industry as a whole is estimated at 10 PJ/year. In addition, energy storage can play a supporting role in more flexible use of energy and thus the integration of volatile sustainable energy.

Duration

The present project, which has been running since 2014, will be completed in 2018.

Next steps

In case of favourable results, a pilot will be prepared on-site at an industrial company. Interested parties are cordially invited to contact the Project Coordinator for this.

Partners

ECN, DOW, Bronze Work Heat Transfer, BlueTerra (formerly Industrial Energy Experts), ISPT, TNO, Perstorp, Salca, Nedmag, EMMTEC.