Das Fachgebiet Thermische Systeme mit Phasenwechsel befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung von Energiewandlungs- und thermischen Energiespeicherprozessen für Anwendungen in der industriellen Prozesstechnik und Kraftwerkstechnik. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung von Hochleistungs-Phasenwechselspeichern im Temperaturbereich von 150°C bis 450°C.
ALass – Aktiver Latentwärmespeicher
100kW Demonstrator mit transportiertem Phasenwechselmaterial
Gemeinsam mit unserem Industriepartner STEAG, jetzt Iqony, haben wir einen PCM-Speicher (Phase Change Material) im industriellen Maßstab (1,9 MWh) implementiert und demonstriert, der in ein Heizkraftwerk integriert ist.
Ein wesentlicher Vorteil unserer Systeme ist ihre hohe Energiedichte bei nahezu konstantem Temperaturniveau, was sie besonders effizient für Anwendungen macht, die eine stabile Wärmeabgabe erfordern.
Unsere Forschung umfasst sowohl die Erzeugung gesättigten als auch überhitzten Dampfes durch thermische oder elektrische Aufladung. Ein besonderes Merkmal unserer aktiven Systeme und Betriebskonzepte ist die Möglichkeit der Entkopplung von Leistung und Speicherkapazität. Dadurch können Leistungsabgabe und Speicherkapazität unabhängig voneinander optimiert werden, was zu einer höheren Flexibilität und Effizienz der Systeme führt.
Kompetenzen
Unser Ziel ist es, das Speichersystem so zu gestalten und zu optimieren, dass es die gewünschten Betriebseigenschaften erfüllt und diese in großem Maßstab demonstriert werden können. Diese Expertise ermöglicht es uns, leistungsstarke und wirtschaftliche Lösungen für die Dampferzeugung und andere hochleistungsfähige Anwendungen zu entwickeln.
Auf Komponentenebene arbeiten wir an Wärmeleitstrukturen, wie dem rippenförmigen Doppelrohrwärmeübertrager. Dieser ermöglicht den betrieb von Rankine-Batterien mit unterschiedliche Arbeitsflüssigkeiten.
Parallel dazu widmen wir uns der numerischen Simulation von Konvektionsvorgängen beim Phasenwechsels. Diese Simulationen erlauben es uns, präzise Phasenwechselspeichermodelle zu entwickeln, die in verschiedenen Detaillierungsgraden auf die spezifischen Anforderungen unserer Projekte abgestimmt sind. Diese Modelle dienen als Grundlage für die Optimierung und Anpassung der Speichertechnologien, die wir in realen Energiesystemen einsetzen.
Somit modellieren, entwickeln und erproben wir innovative Power-to-Heat- und Power-to-Heat-to-Power-Prozesse. Diese Technologien sind entscheidend für die Nutzung von überschüssiger Energie und deren Rückführung in das Energiesystem. Wir steigern damit nicht nur die Flexibilität moderner Energiespeicherlösungen, sondern auch deren Gesamtwirkungsgrad, was in einer Zeit wachsender Energienachfrage von entscheidender Bedeutung ist.
Unsere Arbeit endend allerdings nicht im Labor. Unser Team plant, baut und betreibt Prototypen von Energiespeichern sowie die dazugehörige Versuchsinfrastruktur. Diese Prototypen dienen als Testplattformen für die Weiterentwicklung und Optimierung unserer Technologien und ermöglichen praxisnahe Erprobungen unter realen Bedingungen.
Chester
Die erste Carnot-Batterie der Welt, basierend auf dem Rankine-Zyklus
