Das Fachgebiet Thermische Kraftwerkskomponenten widmet sich der Entwicklung von Hochtemperatur-Feststoffspeichern, neuartigen Lösungen für deren elektrische Beheizung sowie keramischen Hochtemperatur-Wärmeübertragern. Diese Komponenten sind für Prozesse mit Temperaturen bis zu 1000°C und darüber hinaus geeignet.
Die im Forschungsbereich entwickelten Komponenten nutzen Keramikwerkstoffe und Gase als Wärmeträger. Sie sind optimal einsatzbar wo Hoch- und Höchsttemperaturen benötigt werden und ein platzsparender Aufbau durch hohe Leistungsdichten gefordert ist.
Testanlage HOTREG
3-5 Tonnen Feststoffspeicher für den Betrieb mit Heißluft bis 1000°C
Übergeordnete Ziele sind dabei die Flexibilisierung von Kraftwerksprozessen und die Dekarbonisierung von Industrieprozessen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf großmaßstäblichen Speicherlösungen, die durch ihre Robustheit einem rauen Industriealltag standhalten und mit Speicherkosten unter 15 €/kWh sehr kosteneffizient sind.
Die gute Adaptierbarkeit der Lösungen ermöglicht zahlreiche Anwendungen in energieintensiven Industrien und kann maßgeblich zur Dekarbonisierung der Prozesswärme beitragen, indem sie fossile Brennstoffe durch nachhaltige und zeitgerecht bereitgestellte Elektrowärme ersetzt. Die Flexibilisierung des Strombezugs fördert dabei auch die Betriebswirtschaftlichkeit der Lösungen.
Kompetenzen
Die Arbeiten haben stets den Nutzerprozess im Auge, um die Fähigkeiten der Komponenten bestmöglich auf dessen Anforderungen auszurichten. Schwerpunkte sind dabei Entwurf und Bewertung von Strom-Wärme-Strom-Systeme („Carnot-Batterien“) auf Basis des Brayton-Prozesses, CAES-, LAES-Systems und andere Kraftwerksprozesse sowie diverse Industrieprozesse.
Technische Lösungen umfassen Wärmespeicher auf der Basis von Formstein oder Schüttungen, Lufterhitzer mit resistiver oder induktiver Beheizung sowie Keramikwärmeübertrager aus Schüttungen oder zellulären Strukturen die die neuen Möglichkeiten des 3D-Drucks nutzen.
Alle Technologielösungen werden im Experimentalbetrieb in relevanter Größer validiert. Für den Betrieb von Feststoffwärmespeicher steht die Testanlage HOTREG für Untersuchungen im 5-Tonnen-Maßstab zur Verfügung. Der Experimentalbetrieb für Lufterhitzer ermöglicht Leistungen bis etwa 100 kW.
Die Komponentenentwicklung schließt alle relevanten Aspekte ein: thermische, strömungstechnische, thermomechanische und ggfs. elektrothermische Berechnungen führen auf spezifisch angepasste Entwürfe. Die Kompetenzen für diese multidisziplinären Aufgaben werden vollständig abgedeckt und laufend ausgebaut; Schwerpunkte sind dabei u.a. die Thermomechanik von Schüttungen und induktiv beheizte, luftgekühlte Strukturen.
Thermo-mechanische Analyse
Thermo-mechanische Analyse eines Feststoffspeichers
