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Hochtransiente Thermische Energiespeicher zur anlagenschonenden und energieeffizienten Flexibilisierung thermischer Energieanlagen

Allgemeine Informationen

Projektnummer 61007306
Projekttitel laut Förderbescheid Hochtransiente thermische Energiespeicher zur anlagenschonenden und energieeffizienten Flexibilisierung thermischer Energieanlagen
Akronym HOTHES
Projektlaufzeit 01.12.2015 - 30.06.2019
Forschungsschwerpunkt Energie und Umwelt
Projektkategorie Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld Energie und Umwelt
Themengebiet Messtechnik/Prozessautomatisierung
Grundeinheit Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik
Projektwebseite https://theresa.hszg.de/projects/hothes

Inhaltliche Projektbeschreibung

Das Projekt ist Bestandteil des Zittauer Kraftwerkslabors (ZKWL).

Ziel der Arbeiten ist es, einen Beitrag zur Flexibilisierung von thermischen Energie­anlagen unterschiedlicher Nennleistung zur Bereitstellung von Regelenergie für die Stabilisierung des Verbundnetzes und zur Gewährleistung der Versorgungssi­cherheit der sächsischen Wirtschaft mit Elektroenergie zu leisten.
Das Vorhaben ordnet sich in die Richtlinie „Zukunftsfähige Energieversorgung – RL Energie/2014, vom 07.05.2015 ein.

Gegenstand des avisierten Vorhabens ist die anwendungsori­entierte Forschung an innovativen Energietechniken. Die Untersuchungen umfas­sen experimentelle Analysen für die Speicherung thermischer Energie im Minuten- und Stundenbereich und die Ableitung statischer und dynamischer Kenngrößen zur Bewertung der Einsatzmöglichkeiten eines entwickelten thermischen Energie­speichersystems. Weiterhin erfolgt die methodische Weiterentwicklung und Vali­dierung von Modellen zur simulationsgestützten Auslegung thermischer Energie­speichersysteme. Abschließend erfolgt der Transfer der Ergebnisse in die sächsi­sche Wirtschaft. Als Ergebnis liegt ein experimentell validiertes und skalierbares Gesamtmodell für ein hochtransientes thermisches Speichersystem vor. Das Ge­samtmodell ermöglicht die Auslegung entsprechender Speichersysteme für ther­mische Energieanlagen.

Der erfolgreiche Integrationsprozess eines thermischen Energiespeichers in eine thermische Energieanlage soll durch eine simulationsgestützte Auslegung des Gleichdruckverdrängungsspeichers begleitet werden. Dafür sind validierte Spei­chermodelle in entsprechenden Simulationswerkzeugen erforderlich, welche der­zeit für kraftwerksspezifische Parameterbereiche nicht zur Verfügung stehen. Ziel ist die Weiterentwicklung vorhandener Modelle und eine anschließende experi­mentelle Validierung der entwickelten Modelle an der VA THERESA. Die Weiter­entwicklung der erforderlichen Modelle erfolgt u.a. in der Simulationsumgebung ATHLET (Analysis of THermal-hydraulics of LEaks and Transients). Zunächst erfolgte die Anpassung des vorliegenden Modells von der ATHLET Version 2.1A auf die Version 3.1A. Hierfür wurde der Input-Datensatz entsprechend erweitert und an­schließend mittels Testsimulation auf fehlerfreie Funktion geprüft. Die Modellent­wicklung beginnt mit dem Verdrängungsspeicher und Mischvorwärmer. Hierfür wurden die tatsächlichen Konstruktionsdaten der VA THERESA anhand von Revisi­onszeichnungen in das Modell übertragen. Weiterhin wurden die spezifischen Werkstoffdaten in Abhängigkeit der Temperatur im Modell berücksichtigt. Nach Abschluss der Erstellung des Modells für die VA THERESA erfolgt die experimen­telle Validierung. Gleichzeitig unterstützt das Modell die Planung der Experimente.

Schematische Darstellung des Ablaufs der Modellentwicklung im Simula-ti¬onscode ATHLET am Beispiel Gleichdruckverdrängungsspeicher

Entsprechend Arbeitsplan erfolgte die Analyse geeigneter Softwarewerkzeuge für die Analyse und Dokumentation der experimentell und simulativ gewonne­nen Ergebnisse. Im Ergebnis erfolgt die Nutzung der OpenSource-Software VEUSZ. Für die Auswertung der Experimente wurden entsprechende Vorlagen für die au­tomatisierte Aufbereitung der Versuchsdaten erstellt, um diese einer effizienten Auswertung zugänglich zu machen. Darauf aufbauend erfolgt zukünftig die An­passung der Vorlagen an die spezifischen Anforderungen für die Auswertung ein­zelner Experimente und Simulationsrechnungen.

Entsprechend erfolgt der konti­nuierliche Aufbau einer Bibliothek von Berechnungsgleichungen und grafischer Darstellungen zur nachhaltigen Nutzung: Im Zuge der Genehmigung der Versuchsanlage THERESA war eine Weiterqualifika­tion des wissenschaftlichen Personals erforderlich, insbesondere um den sicheren Betrieb der Versuchsanlage THERESA zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang erfolgte die Ausbildung von Herrn Klette und Herrn Braun zum Kesselwärter. Damit waren die Voraussetzungen für die Prüfung vor Inbetriebnahme erfüllt, welche im Juni erfolgte. Um Wartungsarbeiten an druck- und temperaturführenden Kompo­nenten durchführen zu können wurde Herr Klette zudem zur befähigten Person für Druckbehälter und Rohrleitungen nach BetrSichV ausgebildet.

Weitere Daten

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