I Europa utgör industrisektorn 31% av den globala efterfrågan på energi och bland detta går 20 till 50% avden totala energiinmatningen förlorad när värme släpps ut i atmosfären. Samtidigt beskriver the”European Commission Energy Roadmap 2050” vilken viktig roll energilagring i processen för utfasningav fossila bränslen i det europeiska energisystemet har.I linje med dessa observationer testar och utvecklar energiavdelningen vid Kungliga Tekniska Högskolan(KTH) ett projekt med titeln Heat on Wheels. Grundprincipen för detta projekt är att samla spillvärme inomindustrin och frakta den till användare - t.ex. via ett fjärrvärmenät – med hjälpa av ett fasväxlingsmaterial(PCM) som en mellanprodukt för att lagra energi och sedan ta den från en punkt till en annan i en mobiltermisk energilagringsenhet (M-TES).Denna avhandling tar del i att testa utförandet av Erytritol som PCM-lagring och frigöra energi i enprototyp på KTH. Prototypen består av en tubvärmeväxlare nedsänkt i PCM. HTF:en antingen smälterPCM:t (endoterm process) eller fryser det (exoterm process). M-TES lagringskapacitet är ca 178 kWh/m3.Resultaten visar en 2,50 gånger längre laddningstid och en 1,62 gånger längre urladdningstid med etthalverat HTF-flöde. Att halvera HTF-flödet leder också till en 50% minskning av effekten i PCM överhela laddningsprocessen. Kraften mottagen av HTF:en under hela processen halveras då urladdnings-HTF-temperaturen ökar med 33%. Smält/frysprocessen av PCM är beroende av lokaliseringen ilagringsenheten. Icke desto mindre förefaller Erytritol av teknisk kvalitet kunna upprätthålla upprepadeuppvärmnings-och kylnings-cykler, utan märkbart försämrad lagring.Studien visade också att med den föreslagna utformningen skulle uppskalning M-TES med en 700%ökning i längd resultera i en total värmeöverföringskoefficient multiplicerad med 7, vilket därmedsäkerställer en ännu snabbare process laddning/urladdning.En rekommendation för framtida arbete är att undersöka hur man kan homogenisera smältning/frysningav PCM i värmeväxlaren, kanske genom att bättre sprida HTF-flödet mellan rören. Det skulle också varafördelaktigt att arbeta med att minska förlusterna i mellan laddningen och urladdningen för att behålla såmycket energi som möjligt. Ytterligare studier om effekterna av uppskalning av laboratorieprototypen kanockså utföras, med hänsyn till olika konstruktioner såsom en större rördiameter till exempel. / In Europe, the industry sector constitutes 31 % of the global energy demand and among this, 20 to 50 %of the total energy input is lost as heat released to the atmosphere. In the meantime, the EuropeanCommission Energy Roadmap 2050 recognizes the essential role of energy storage in the process ofdecarbonisation of the European energy system.In line with these observations, the Energy Department of the Royal Institute of Technology (KTH) istesting and developing a project entitled Heat on Wheels. The basic principle of this project is to collectsurplus heat of industry and to bring it to users – e.g. via a district heating network – using a phase changematerial (PCM) as an intermediate to store the energy and carry it from one point to another in a mobilethermal energy storage (M-TES) unit.This thesis takes part in testing the performances of Erythritol as a PCM storing and releasing energy in aprototype at KTH. The prototype consists of tube heat exchanger submerged in PCM. The HTF eithermelts the PCM (endothermic process) or freezes it (exothermic process). The M-TES storage density isaround 178 kWh/m3.The results show a 2.50 times longer charging time and a 1.62 times longer discharging time with a halvedHTF flow. Halving the HTF flow also leads to a 50 % decrease in power in the PCM over the wholecharge process. The power received by the HTF during the whole process is halved when increasing thedischarge HTF temperature by 33 %. The melting/freezing process of the PCM is dependent on thelocalization in the storage unit. Nevertheless, technical grade Erythritol seems to sustain repeatedwarming-cooling cycles, without noticeable storage degradation.The study also showed that with the proposed design, upscaling M-TES with a 700 % increase in lengthwould result in an overall heat transfer coefficient multiply on average by 7 ensuring thus an even fastercharge/discharge process.A recommendation for future work is to investigate how to homogenize the melting/freezing of the PCMin the heat exchanger, maybe by better spreading the HTF flow in between the pipes. It would also beadvantageous to work on reducing the losses in between the charge and the discharge in order to keep asmuch energy as possible. Further studies on the impact of upscaling the laboratory prototype can also beconducted, taking into account different designs such as a larger pipe diameter for instance.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-232325 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Maurel, Marion |
| Publisher | KTH, Energiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0012 seconds