Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Performance Testing of a MobileThermal Energy Storage System
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

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.

Abstract [en]

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.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 75
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-232325OAI: oai:DiVA.org:kth-232325DiVA, id: diva2:1233587
External cooperation
INSA Lyon
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-07-18 Created: 2018-07-18 Last updated: 2018-07-18Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(14364 kB)18 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 14364 kBChecksum SHA-512
c2f9e2d28ec62f018e04eaca0dcec1b95bde5f4eaedd114d9bad8dc6ae8021f9712fd56623e2d6a15c8a563c0ea0e2adb9b036a13b52101be9d39dd2e4922bd1
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 18 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 36 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf