Model based engineering and control of latent heat thermal energy storage

Latentwärmespeicher besitzen ein hohes Potential zur energetischen Optimierung komplexer thermischer Energiesysteme, insbesondere für die Stabilisierung von Energieströmen und die Verbesserung des erzeuger- und verbraucherseitigen Energie- und (Spitzen-) Lastmanagements. In der industriellen Praxis wird das volle Potential von Latentwärmespeicher nicht ausgeschöpft. Zum einen werden Entscheidungen zum Design und Betrieb häufig nur auf Basis quasi-stationärer energetischer Betrachtungen getroffen, das dynamische Systemverhalten bleibt unberücksichtigt. Zum anderen kommen größtenteils nur konventionelle Regelungsstrategien zur Anwendung, welche auf die Regelung von Volumenströmen während des Ladens und Entladens beschränkt sind, und damit nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben werden

modELTES zielt auf die Entwicklung von Latentwärmespeicher-Modellen, welche in Standard Planungs- und Regelungssoftware eingesetzt werden können.

Das Projekt resultiert in einem verbesserten Verständnis der physikalischen Phänomene, welche bei Phasenwechselvorgängen von PCMs auftreten. Dieses wird durch experimentelle Analysen und validierten Prozessmodellen gestützt. Dynamische Modelle werden experimentell validiert und in relevanten Softwareprogrammen mit Simulationszeiten, die zumindest zwei Größenordnungen kleiner sind als Echtzeit, implementiert. Zur Validierung der computergestützten Anlagenplanung und Auslegung von regelungstechnischen Einrichtungen werden Latentwärmespeicher Modelle und Software Tools in industriellen Projekten mit dynamischer Wärmeintegration eingesetzt. Untersucht werden unterschiedliche Beladungssituationen sowie komplexe (parallele, serielle, kaskadische) Speicherkonfigurationen und Regelungsstrukturen.

Projektstart

April 2016

Projektdauer

24 Monate

Projektpartner

AIT Austrian Institute of Technology GmbH (Koordinator), Interdisciplinary Center for Scientific Computing (IWR), Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, VOIGT+WIPP Engineers GmbH

Förderschiene

Bridge Frühphase, 3. Ausschreibung, 2015

Links zu Publikationen

T. Barz, C. Zauner, D. Lager, D. C. López Cárdenas, F. Hengstberger, M. N. Cruz Bournazou, K. Marx: "Experimental Analysis and Numerical Modeling of a Shell and Tube Heat Storage Unit with Phase Change Materials"; Industrial & Engineering Chemistry Research, 55(29) (2016), S. 8154 - 8164.

T. Barz, C. Zauner, D. Lager, F. Hengstberger: "Modelling with experimental validation of a latent heat thermal energy storage for industrial high temperature applications"; Vortrag: 10th European Congress of Chemical Engineering, Nizza; 27.09.2015 - 01.10.2015.

AIT Kontakt

Tilman Barz