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Flexible Stoffwertberechnung

Allgemeine Informationen

Projektnummer 6017001
Projekttitel laut Förderbescheid Schnelle und flexible Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation für die Modellierung und Optimierung fortschrittlicher Energieumwandlungsprozesse (Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation II)
Akronym Spline - Interpolation II
Projektlaufzeit 06.02.2009 - 31.12.2010
Forschungsschwerpunkt Energie und Umwelt
Projektkategorie Forschung
Grundeinheit Fakultät Maschinenwesen

Inhaltliche Projektbeschreibung

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. habil. Hans-Joachim Kretzschmar

Prof. Dr.-Ing. Matthias Kunick

 

Ausgangssituation:

In fortschrittlichen Kraftwerksprozessen, wie dem Oxyfuel-Prozess oder anderen Verfahren mit CO2-Abschei­dung, kommen Stoffgemische als Arbeitsfluide zum Einsatz. Auch in der regenerativen Energietechnik werden zunehmend Prozesse mit Stoffgemischen betrieben. Die Nutzung von Geothermie, Solarenergie und Abwärme erfolgt in Kalina- oder ORC-Prozessen sowie in Wärmepumpen. Diese werden zum wesentlichen Bestandteil der modernen Energiewirtschaft. Die genaue Berechnung der thermodynamischen Eigen­­schaften dieser Gemische ist extrem aufwändig und benötigt in Prozessmodellierungen einen erheblichen Anteil der Rechenzeit. Erfahrungen zeigen, dass insbesondere für die Optimierung und instationäre Berech­­nung eine schnelle Stoff­wert­berechnung zwingend notwendig ist.

Dieser Forderung der Industrie kann mit den derzeit verwendeten Fundamentalgleichungen nicht entsprochen werden. Aus diesen Gleichungen und deren Ableitungen werden die Zustandsgrößen berechnet, wobei oft mehrdimensional iteriert werden muss. In der Vergangenheit wurden Ansätze zur Interpolation der Zustandsgrößen entwickelt. Das bisher favorisierte Verfahren, die sogenannte Tabular Taylor Series Expansion (TTSE) Methode führt zwar zu einer Verringerung der Rechenzeit, ist jedoch für numerische Berechnungen ungeeignet, da sie mathematisch unstetig ist. Das Forschungsvorhaben beinhaltet die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur schnellen und stetigen Berechnung der Zustandsgrößen.

Ziele des Projekts:

Es soll ein Verfahren entwickelt und umgesetzt werden, mit dem eine schnelle und genaue Berechnung der thermodynamischen Eigen­­schaften von Arbeitsfluiden realisiert werden kann.

Vor allem die Auslegung und Optimierung von modernen Energieumwandlungsverfahren mit CO2-Abschei­dung soll damit ermöglicht werden. Weiterhin soll auch bei der numerischen Simulation instationärer Prozesse eine genaue Berechnung der thermodynamischen Eigen­­schaften realisiert werden. Aufgrund der schnel­leren Stoffwertalgorithmen wird es überhaupt erst möglich, solche Prozesse mit Stoff­gemischen zu optimieren bzw. zu simulieren.

Die Erarbeitung einer IAPWS-Guideline als internationalen Standard zur Berechnung der Eigen­schaften von Wasser und Wasserdampf mit Spline-Interpolation in energietechnischen Prozess­modellierungen ist ein weiteres Ziel dieses Projektes.

Bedeutung des Projektes:

Das Projekt unterstützt Folge­maß­nahmen der Kooperation mit der Wirtschaft und anderen wissen­schaftlichen Einrichtungen. Zugleich könnten die international anerkannten Arbeiten auf dem Gebiet "Thermodynamische Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik", die in den ver­gangenen Jahren zu vier internationalen Standards führten, fortgesetzt werden.

Mit der in diesem Projekt bearbeiteten Thematik "Thermodynamische Eigenschaften von fluiden Stoff­gemischen" wird eine neue Forschungsrichtung am Fachgebiet Technische Thermo­dynamik begonnen.

 

Insbesondere würde die Voraussetzung geschaffen, am Nachfolgeprojekt des EU-Projekts "Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage" (AA-CAES), das am Fach­gebiet Technische Thermodynamik von 2003 bis 2006 mit großem Erfolg bearbeitet wurde, mitzu­arbeiten.

Kooperationspartner bei der Bearbeitung des Forschungsprojekts sind das Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermische Energiemaschinen und –anlagen an der  TU Dresden, und eine IAPWS Task Group, der Vertreter der Konzerne Siemens, GE, Alstom und Toshiba angehören. Die Projektpartner in der Industrie sind Siemens PG, Alstom und GE.

Von internationaler Bedeutung wäre die Entwicklung eines IAPWS-Standards als Ergebnis dieses Projekts.

 

 

Vortäge:

17th International Symposium on Thermophysical Properties, Boulder CO (2009)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: 
Fast Calculation of Thermodynamic Properties in Process Modelling using Spline Interpolation.
  Präsentation 
  Abstract

Weitere Daten

  • Ansprechpartner

    • Herr Prof. Hans-Joachim Kretzschmar (Projektleitung)
  • Fördermittelgeber

    • 4-7531.60-02-5150-9/ - SMWK 2009/2010
    • 4-7531.60-02-5150-9/3 - SMWK 2009/2010

      • SMWK
  • Bilder

    Bilder zum Vergrößern anklicken.

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